HotDrop-Automatisierte Oberflächenenergiemessung

Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters. Ein Hauch. Doch in der Mikroelektronik und der Oberflächenveredelung genügen feste Stoffe mit Durchmesser im Nano- und Mikrobereich, weil die sogenannten „Dünnen Schichten“, Eigenschaften aufweisen, die sich vom physikalischen Verhalten massiver Körper aus demselben Material unterscheiden.

Mit diesen außergewöhnlichen Eigenschaften beschäftigt sich eine eigene Arbeitsgruppe am Institut für Festkörperphysik der TU-Wien, wo seit einiger Zeit die Oberflächenenergie von Beschichtungen mit einem neuen Messgerät untersucht wird. So können unterschiedliche Materialkombinationen genauer bestimmt werden, was vor allem bei neuartigen Hochleistungswerkstoffen wichtig ist, deren Oberflächeneigenschaften weitgehend unerforscht sind.

Weil die Auswertung der Videodaten bislang allerdings sehr zeitaufwändig war, wandten sich die Expertinnen und Experten für dünne Schichten an die HTL-Hollabrunn. Christian Zodl und Erich Groll nahmen den Projektauftrag zum Thema ihrer Diplomarbeit und begannen mit der Recherche zur „automatischen Auswertung von gemessenen Oberflächenenergien an Festkörpern“.

Dokumentation, Präsentation und Website wollten die beiden im Teamwork umsetzen, andere Themen - wie die Programmierung von Bildverarbeitungs- und Analysesoftware - wurden einzeln bearbeitet. Dabei blieben die Schüler - auch per Handy und Email - stets im Gespräch und kamen immer wieder auf die Hilfe ihres Projektbetreuers Franz Geischläger zurück.

Auf der Suche nach einer Lösung vertieften sich Groll und Zodel in Details der Messung, die unter Hochvakuum und bei Temperaturen bis zu 2000o C durchgeführt wird. Sowohl für die Bildverarbeitung als auch für die Analyse fanden sie Ergebnisse, die für die Arbeit der Physiker an der TU definitiv Erleichterungen und Zeitersparnis versprechen: Erich Groll installierte eine Webcam, die Bilder der Metallschmelze, des „heißen Tropfen“ aufnimmt. Mit Hilfe verschiedener Filter verfeinerte er den Kontrast und machte die Bilder trotz hoher Temperaturen gut erkennbar. Ein Thermoelement misst die Temperatur und leitet die Daten an die von Christian Zodl entwickelte Analysesoftware weiter. Somit ist es nun möglich, Zusammenhänge von Zeit, Temperatur und Tropfenform darzustellen und die für die Bestimmung der Oberflächenenergie wesentlichen Werte automatisch auszuwerten.