Nanoteknologien er på vej ud af laboratorierne og ind i industrien. Teknologisk Instituts Tribologicenter udvikler nu ’den talende overflade’ i form af intelligente belægninger til industrielle værktøjer. Det er ’intelligente’ overfladebelægninger, der ved hjæp af nanosensorer kan kommunikere med deres omverden.

”Med Instituttets satsning på nanoteknologien vil vi medvirke til, at denne nye højteknologi bliver omsat til praktisk anvendelse i dansk industri,” fortæller centerchef Torben M. Hansen, Teknologisk Institut. ”De intelligente belægninger er et eksempel på, at dansk industris konkurrenceevne kan skærpes betydeligt, fordi vi netop på dette område er langt fremme. Vi kan optimere produktionsforløbet ved at tilføre intelligente egenskaber til produktionsanlæggene,” fortsætter han.

Fra passiv beskyttelse til aktiv overvågning

Når man overfladebehandler et værktøj eller en anlægskomponent, er det for at beskytte overfladen på både de værktøjer, der anvendes og de genstande eller produkter, som værktøjerne er i berøring med. Det gør man ved konstant at stræbe mod at få overfladerne gjort så stærke og friktionsfri som muligt.

Ved hjælp af nanoteknologien, hvor man kan bearbejde materialerne helt ned på molekyleniveau, kan man også tilføre andre egenskaber til værktøj og anlæg, når man overfladebehandler. Man kan lægge ultrasmå sensorer - nanotags - ind i overfladen. Disse sensorer kan, fordi de er så små, måle temperatur, tryk eller fugt i hermetisk lukkede miljøer og på steder, hvor det normalt er umuligt at måle, fx inde i en sprøjtestøbeform eller inde i brændselsceller. Og målingen finder sted lokalt, samtidig med at processen foregår.

Udstyr førende i Norden

Selve fremstillingen af nanosensorerne foregår på Teknologisk Institut, hvor der er investeret i nanobearbejdningsudstyr - i form af fx et FIB-SEM-elektron-mikroskop (et såkaldt Dual Beam-scanningsmikroskop) og laserbearbejdningsudstyr for cirka 10 millioner kroner. Med udstyret er Instituttet førende på området i Norden.

”Selvom udstyret er dyrt, er selve nano-tags’ene billige at massefremstille. Der skal jo kun bruges materialer i uhyre små mængder,” siger Torben Hansen. ”Derfor er perspektivet, at tags’ene anbringes mange steder i en proces, eller at der anbringes mange tags på samme komponent, uden at det koster ekstra.”

Sensorerne lægges lige under overfladen på fx et fræseværktøj, en sprøjtestøbeform, et hydraulikstempel eller en varmeveksler, for blot at nævne nogle få anvendelsesmuligheder. Og man er her nede i de helt små størrelser: En beskyttende overfladebelægning er typisk 3 mikrometer tyk (det svarer til 3 milliontedel af en meter). Heraf udgør sensorerne cirka 0,1 mikrometer!

Sensorerne registrerer fysiske eller kemiske tilstande i omgivelserne. Det kan fx være aflæsning af temperaturer, tryk, fugtighed eller elektrokemiske tilstande. Disse data sendes videre til systemer uden for det pågældende emne, hvor man så kan tolke og eventuelt ændre forhold, såfremt noget i en produktionsproces ikke er, som det skal være. På den måde undgås fejl, fordi man kan rette op, inden fejlene sker.

Slid koster dyrt

”Når en overflade er udstyret med sensorer, kan den selv fortælle, når den er slidt ned og skal fornyes. Og det fortæller den, inden overfladen er helt slidt ned. Og det  er optimalt, for så undgår man, at værktøj eller emner beskadiges. På den måde kan man fx tyvedoble en komponents levetid,” fortæller Torben M. Hansen. ”Slid, udskiftning og ’nedetid’ på produktionsanlæg er områder, der virkelig koster industrien dyrt. Så hvis man kan undgå dette helt ved kun at lave planlagte, just-in-time udskiftninger af værktøj, er der meget at hente.”

Øget sikkerhed

Et andet eksempel på anvendelsen er i fx bolte, der holder store, tunge konstruktioner. Boltene vil kunne forsynes med sensorer, der i god tid kan fortælle, hvornår det er tid til udskiftning, inden boltene er slidt ned.

Et løft til traditionelle industrier

Den praktiske anvendelse af nanoteknologiske metoder kan betyde et løft for den traditionelle industri. Det kan ske ved, at man kan optimere produktionen og blive mere effektiv og dermed mere konkurrencedygtig. Men det kan også være i forbindelse med, at der konstant stilles skærpede krav til underleverandører om, at de skal dokumentere en produktionsproces, fx at en støbeproces i plastindustrien er forløbet inden for meget snævre temperaturintervaller. Her kan nanosensorerne give den nødvendige dokumentation - og sætte virksomheden i stand til at få langt bedre styr på processerne - selvom de foregår i hermetisk lukkede rum, som fx i rørsystemer, i støbeforme eller i ventiler.

Prototype klar i efteråret

Mulighederne mange, og de ligger lige om hjørnet. Teknologisk Institut gennemfører en field test af temperatursensorerne i løbet af efteråret. Og næste skridt er, at der er en prototype af tryksensorerne klar inden årets udgang.