Beschreibung
Nanowissenschaften und Nanotechnologie sind auf die Anwendung von bildge-benden Messmethoden wie die Rastersondenmikroskopie angewiesen. Die Ras-tersondenmikroskopie ist hierbei von besonderer Bedeutung, da neben der drei-dimensionalen Abbildung einer Probenoberfläche gleichzeitig chemische und physikalische Eigenschaften der Probe gemessen werden können. Die Weiter-entwicklungen dieser bildgebenden Messmethoden benötigen immer schnellere Bildfolgen mit zusätzlicher Vergrößerung des Abbildungsbereiches. So müssen die hierbei verwendeten Positioniersysteme der Rastersondenmikroskopie so-wohl die Bildgrößen der klassischen optischen Mikroskopie abdecken als auch die Auflösung der Rasterkraftmikroskopie im sub-Nanometerbereich bieten. Diese hohe Anforderung an ein Positioniersystem wird durch die zusätzliche Er-höhung der Rastergeschwindigkeiten für die hohen Bildfolgen noch erhöht. Hierfür wird ein Probennanopositioniersystem, welches den gestiegenen Anfor-derungen gerecht wird, benötigt.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein Konzept eines neuartigen hebelarm-verstärkten Probennanopositioniersystem mit piezoelektrisch/hydraulischem Hybridantrieb und aktiver Kompensation mechanischer und thermischer Stör-größen erarbeitet. Mit Hilfe elektrotechnischer Methoden wurden die komplexen Einzelkomponenten des Positioniersystems analysiert und hinsichtlich ihrer neuen Anforderungen optimiert, wobei diese elektrotechnischen Methoden einen Zugriff auch auf die (elektro-)mechanischen Parameter der Komponenten er-möglichen, die mit messtechnischen Methoden alleine nicht erfassbar wären. Ein weiterer Vorteil der elektrotechnischen Methoden liegt in der Simulation von komplexen elektromechanischen Systemen, die aus mehreren Einzelkom-ponenten bestehen. Somit kann die Wechselwirkung der Komponenten unter-einander analysiert werden, und es können neue Strategien zur Vermeidung ne-gativer Wechselwirkungen entwickelt werden. Diese Erkenntnisse wurden in ei-nem hochdynamischen mehrstufigen Probennanopositioniersystem umgesetzt, welches die nun benötigten Kompensationen der auftretenden mechanischen und thermischen Störungen in einem Gesamtaufbau vereinigt. Eine detailierte Ana-lyse des Gesamtsystems zeigt hierbei, dass sich mehrere positive Synergieeffek-te durch die integrierte aktive Kompensation der Störungen ergänzen lassen und somit das Probennanopositioniersystem gerade hinsichtlich der Anwendung für die bildgebenden Messmethoden optimiert werden kann. Dies wird ermöglicht durch die Kombination der positiven Eigenschaften von piezoelektrischen und hydraulischen Komponenten für die Positionierung und die gleichzeitige Ver-minderung der jeweiligen negativen Eigenschaften durch die in diesem Konzept integrierten Synergieeffekte.