Angetreten ist die InnoProfile-Transfer-Nachwuchsgruppe HoBelAB – Hochbelastbare akustoelektronische Bauelemente – des SAWLab Saxony im IFW Dresden mit dem Ziel, temperatur- und leistungsbeständige Materialsysteme zu entwickeln, damit mit ihnen beispielsweise Temperaturmessungen durchgeführt werden können. Um zu zeigen, wie der Stand ihres Vorhabens ist, lud das Forscherteam um Dr. Hagen Schmidt und Dr. Siegfried Menzel zu einem Statusseminar ein.

Ein wichtiger Teil der Forschung ist ein Demonstrator in Form eines drahtlosen SAW-Temperatursensors. Diese bei extrem hohen Temperaturen einsetzbaren Sensoren sind in vielen Bereichen der modernen Industriegesellschaft zwingend erforderlich. Zum Beispiel zur Temperaturmessung an bewegten Teilen, an Teilen in toxischer Atmosphäre und in anderen harschen Umgebungen, an hochspannungsführenden Teilen und Kontakten sowie an Turbinen oder ähnlichem – also überall dort, wo man mit herkömmlichen Thermometern oder Thermoelementen nicht messen kann.

Extrem hohe Temperaturen als Herausforderung

Der drahtlose SAW-Temperatursensor ist eine Art Chip, der auf einer Platte befestigt wird und durch eine Antenne mit der Umgebung kommuniziert. Die Schwierigkeit liegt nun darin, dass die verwendeten Materialien die extrem hohen Temperaturen, die gemessen werden sollen, aushalten müssen. Die wissenschaftliche Literatur gibt hierzu allerdings keine befriedigenden Antworten und so müssen die Forscher quasi auch Grundlagenforschung betreiben.

So beschloss die Initiative als ersten Meilenstein Materialien und Prozesse zu evaluieren und festzulegen. Diesen Meilenstein erreichten die Forscher nach erfolgreichen experimentellen Untersuchungen und einem einhergehenden Materialscreening. Zu den geeigneten Materialien gehören beispielsweise neuartige piezoelektrische Substrate sowie Schichtsysteme auf der Basis von Refraktärmetallen oder Mischungen aus Ruthenium und Aluminium oder Titan und Aluminium, aus denen die notwendigen Interdigitalwandler in Zukunft hergestellt werden sollen.

Nächste Meilensteine sind im Blick

Hergestellt wurden diese Materialien durch verschiedene Verfahren, darunter auch das sogenannte Magnetronsputtern und das Elektronenstrahlverdampfen. Hierbei wird das zu testende Material mit energiereichen Ionen beschossen bzw. verdampft, wobei sich Atome lösen und in die Gasphase übergehen und sich auf den piezoelektrischen Substraten abscheiden. Danach folgen Untersuchungen an den Proben u.a. unter dem Elektronenmikroskop, um beispielsweise auch festzustellen, ob Schäden bei hohen Temperaturen aufgetreten sind.

Ein Statusseminar dient allerdings nicht nur dem Blick in die Vergangenheit, sondern bietet auch immer einen Ausblick. Wurden die Materialsysteme bisher nur bis zu Temperaturen von 600 Grad Celsius getestet, erhöht die Forschergruppe im nächsten Schritt die Testtemperatur auf 800 Grad Celsius und mehr. Außerdem ist der Bau eines ersten Demonstrators mit Schichtantenne geplant.

Weitere Informationen zur InnoProfile-Transfer-Initiative HoBelAB finden Sie hier.