Härtetest

• 04. July 2012

Wie lässt sich die Festigkeit eines Objekts ohne Berührung feststellen?

Ob ein Körper hart oder weich ist, lässt sich einfach durch berühren mit einem härteren Objekt bestimmen. Ist der zu prüfende Körper jedoch sehr empfindlich, wie etwa eine Wasserblase oder eine lebende Zelle, ist ein alternatives Verfahren nötig. Zur Lösung dieses Problems haben Forscher des Labors für Physik der kondensierten Materie und der Nanostrukturen (LPMCN) sowie des Labors für Festkörperphysik (LPS)  eine innovative berührungslose Messtechnik entwickelt – die „Nano-Strömung“.

Sie haben das neue Verfahren an einer Probe getestet, die aus einer nur wenige hundert Nanometer dünnen Elastomerschicht besteht und auf einen festen Glasträger aufgebracht wurde. Anschließend tauchten sie dieses System in ein Wasser-Glyzerin-Gemisch. Mit Hilfe einer Glaskugel von nur wenigen Millimetern Durchmesser konnten sie eine Strömung im Nanometermaßstab im Nahbereich der Probe erzeugen. Die Glaskugel selbst ist Bestandteil eines im Jahr 2000 am LPMCN entwickelten Instruments und lässt sich über ein spezielles System – piezoelektrische Keramik – bewegen. Nähert sich die Glaskugel der Elastomerschicht bis zu einem Abstand von 1 µm, strömt die Flüssigkeit in Richtung Probe. Diese Strömung erzeugt eine schwache Druckschwankung auf der Werkstoffoberfläche, die wiederum die Elastomerschicht verformt, wenn diese flexibel ist. Verändert sich das zu prüfende Objekt nicht, muss es fest sein.

Mit diesem Verfahren konnten die Forscherteams auch die Festigkeit eines Blasenteppichs bestimmen, was mit einer der üblichen taktilen Messtechniken unmöglich gewesen wäre. Diese ersten Ergebnisse eröffnen neue Wege für die Entwicklung innovativer Bildgebungsverfahren im Nanometerbereich zur Beobachtung der elastischen Eigenschaften von sehr dünnen oder massiveren Körpern.

CNRS / OD