Minifräser auf dem Vormarsch

News: Minifräser auf dem Vormarsch

Neue Techniken revolutionieren unser Jahrhundert. Während früher eher Maschinen im Giganten-Maßstab beeindruckt haben, so sind es heute oftmals die ganz winzigen Apparaturen: zum Beispiel Nanodrucker, Miniroboter, Fabriken in der Größe einer Schuhschachtel oder Mikrochips. Aber etwas herzustellen, was man mit bloßem Auge kaum mehr sehen kann, darüber zerbrechen sich die Nano-Konstrukteure bis heute den Kopf. Jetzt gelang es ihnen einen Mini-Fräser von nur zehn Mikrometer Durchmesser zu entwickeln, mit dem sie sogar Werkstoffe dreidimensional bearbeiten können.

Miniwerkzeuge, Schräubchen, Zahnrädchen und Klemmen, die so klein sind, dass wir sie gerade noch als Pünktchen oder aber gar nicht mehr wahrnehmen, könnten schon bald die Medizintechnik erobern. Doch die Mikro-Technik erfordert spezielle Herstellungsverfahren, die auch im kleinsten Maßstab eine hohe Genauigkeit gewährleisten. Die lithographische Technik erfüllt diese Kriterien, sie eignet sich allerdings nicht zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen. Rolf Schuster und Gerhard Ertl vom Fritz Haber Institut der Max-Planck-Gesellschaft stellten nun ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren vor, bei dem sie mit einer Art Mini-Fräser dreidimensionale Strukturen von nur wenigen Mikrometern Durchmesser passgenau fertigten (Science vom 7. Juli 2000).

Ihr Verfahren beruht auf einem recht einfachen Prinzip: Auf der Oberfläche einer Elektrode, die sich in einer leitfähigen Flüssigkeit befindet, bildet sich eine elektrochemische Doppelschicht aus den Ionen der Flüssigkeit und den entgegengesetzten Ladungen auf der Elektrodenoberfläche. Legt man eine Spannung an, polarisiert sich diese Doppelschicht, woraufhin sich das Elektrodenmaterial auflöst. Die Zeitkonstante für die Aufladung ist niedrig, nimmt aber mit zunehmendem Abstand der Elektroden zu.

Und genau das machten sich die Forscher zunutze: Sie näherten eine winzige Arbeitselektrode – in Form eines nur zehn Mikrometer dünnen Drahtes – bis auf weniger als einen Mikrometer einem Werkstück. Durch sehr kurzen Spannungspulsen von nur wenigen Nanosekunden Dauer konnten sie dann die elektrochemische Doppelschicht zwischen der Elektrode und dem Werkstück gezielt aufladen. Das Mikro-Werkzeug ätzte daraufhin nur an dieser Stelle das Material des Werkstücks an. Indem sie die Werkzeug-Elektrode während der ultra-kurzen Spannungspulse bewegten, konnten die Forscher ihren Werkstoff aus Kupfer oder Silizium dreidimensional einfräsen. Ihrer Ansicht nach sollte die Methode aber auch geeignet sein, um Legierungen und andere Halbleitermaterialien zu bearbeiten.

Wenn die Wissenschaftler nun ihr Miniatur-Werkzeug noch in gewünschter Weise formen, können sie die Ätz-Methode weiter ausbauen. Sie denken außerdem daran, die Produktion von Mikrometer-Werkstücken für technische Anwendungen zu beschleunigen, indem sie mit einer großen Zahl an identischen Werkzeugen parallel arbeiten.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.7.2000
"Miniroboter auf Tauchkurs"
Spektrum Ticker vom 15.6.2000
"Nanostifte im Gleichtakt"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 16.6.2000
"Zerreißprobe für Nanoröhrchen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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