Korrekte Temperaturregulierung bei der Herstellung von Carbon-Nanoröhren
Wenn man mit Carbon-Nanoröhren arbeitet, kennt man die Herausforderungen. Man benötigt eine präzise Temperatur – und das sofort. Schon kleine Schwankungen in der Temperatur oder zu lange Reaktionszeiten können dazu führen, dass die gesamte Charge ruiniert wird.
Deshalb haben wir auf diese veralteten Widerstandsheizungen verzichtet. Sie sind einfach zu langsam. Stattdessen verwenden wir hochwertige Infrarot-Heizsysteme. Der Vorteil von Infrarot-Heizungen ist, dass die Heizquelle den Substrat nicht berühren muss – sie strahlt die Energie direkt dorthin, wo sie benötigt wird.
Kein Raten mehr bei der Temperaturregulierung
In einer modernen Fertigungsanlage bedeutet das Warten von Sekunden darauf, bis die Heizung richtig funktioniert, eine Ewigkeit. Wir brauchen, dass alles in Millisekunden abläuft. Mit Infrarot-Heizungen können wir genau erkennen, wo die Wärme ankommt. Wenn ein Sensor einen „heißen Punkt“ erkennt – etwas, das normalerweise dazu führt, dass die Carbon-Nanoröhren nicht ordentlich angeordnet werden – reduziert das System die Leistung in Echtzeit.
Und hier kommt das Tolle: Wir connecten dieses System mit einem digitalen Zwilling zusammen. Dadurch kann man den thermischen Verzug vorhersagen und die Erhitzungsgeschwindigkeit anpassen, bevor das Substrat überhaupt in die Heizzone gelangt. Kein mehr Raten – einfach alles unter Kontrolle.
Platzmangel im Labor
Im Labor ist immer Platzmangel. Deshalb verwenden wir Kurzwellen-Infrarot-Emitter – sie liefern eine große Menge an Energie in einem kleinen Gehäuse. So kann man die Heizkammer erheblich verkleinern, ohne an der Heizeffektivität einzubüßen.
Da es sich um Strahlung handelt und nicht um Konvektion, muss man sich keine Sorgen machen, dass zufällige Luftströmungen die Entwicklung der Nanoröhren stören könnten. Es handelt sich dabei um reine, direkte Energie. Man muss sie einfach mit den von einem PLC gesteuerten Stromversorgungen verbinden, die gewünschte Leistung einstellen – und schon ist alles in Ordnung.
Der Haken (denn es gibt immer einen)
Es gibt jedoch einen Trade-off: Hochdichte Infrarot-Emitter erzeugen viel Abwärme. Wenn man die Emitter auf maximale Leistung stellt, um die Herstellungsprozesse zu beschleunigen, wird das Gehäuse extrem heiß. Wenn man kein Kühlsystem hat, das diese Hitze bewältigen kann, werden die Sensoren ungenau werden und die Komponenten früher kaputtgehen. Es geht also um ein Gleichgewichtfinden.
Letztendlich hängt alles von der Physik ab: Direkte Energieübertragung, schnelle Prozesse sowie Software, die mit der Hardware kommunizieren kann. So kann man die Fertigungsanlage stabil halten.