Schmuckstücke mit Nano-Chips - Unterm Mikroskop die Welt

Nanotechnologien – das klingt nach Labor, Moderne und Sachlichkeit. Der Mikroelektroniker Dr. Stephan Sauter aber nutzt Nano-Strukturen, um ganz besondere Schmuckstücke herzustellen. Hochtechnologie und Handwerkskunst gehen dafür Hand in Hand. Zum Start bitte auf das Bild klicken.

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Das ist ein so genannter „Wafer“. Diese Scheiben aus Silizium oder Quarzglas sind mit Chrom beschichtet und so ungeheuer glatt, dass die höchste Erhebung auf ihrer Oberfläche nur einige Atomlagen hoch ist. Auf die einzelnen Felder kann man mit Hilfe eines Elektronenstrahls Schaltkreise „schreiben“. Im Anschluss werden die Felder ausgesägt und als Mikrochips genutzt. Foto: MLR
Mit demselben Verfahren lassen sich aber auch Texte oder Bilder auf den Chip aufbringen, zum Beispiel ein Abbild der Deckenmalerei der Sixtinischen Kapelle. Das Prinzip ist dabei immer dasselbe: Einzelne Elektronen werden zielgerichtet auf den Wafer gesteuert und belichten kleine Löcher in eine Lackschicht. Nach dem Entwickeln wird die etwa 50 nm dicke Chromschicht an diesen Stellen herzausgeätzt. Die winzigen Löcher messen etwa 100 nm im Durchmesser. Je nachdem, wie dicht die „Belichtungen“ zusammenliegen, wird die Fläche dunkler oder heller. Auf einer Fläche von wenigen Millimetern Breite und Höhe lässt sich so eine große Menge optischer Informationen unterbringen. Unter einem Lichtmikroskop mit 1.000 bis 1.500-facher Vergrößerung werden sie dann vollständig sichtbar und weisen dabei eine unglaubliche Detailtreue auf. Foto: MLR
Der Chip mit der nano-großen Sixtinischen Kapelle stammt von der Firma Nano Jewellery und ist Teil einer Sammelmünze. Für das Auge zeigt er sich schlicht als glänzende Fläche von vier mal acht Millimeter Größe. Der Münzfreund aber weiß, dass er mit dem edlen Andenken auch eine Darstellung der weltberühmten Deckenmalerei Michelangelo Buonarrotis aus dem 16. Jahrhundert nach Hause mitnehmen kann. Sie ist, wenn auch nicht so farbenfroh, so doch genau so scharf und detailliert wie das Original. Foto: MLR
Der Mikroelektronik-Spezialist Dr. Stephan Sauter hatte die Idee, das Know-How für die Herstellung der Mikrochips auch abseits der Elektronik zu nutzen. Er sah die Möglichkeit, auf diese Weise optische Informationen dauerhaft haltbar zu machen und gründete die Firma NanoJewellery. Sie stellt Sammelmünzen mit NanoChips her und fertigt im Auftrag von Kunden Schmuckstücke mit individuellen Bildern oder Texten. Wer möchte, kann sich zum Beispiel seine Doktorarbeit „en detail“ in einen Ring fassen lassen. Wie dieser Ring sind auch alle anderen Nano-Schmuckstücke aus Titan und damit leicht, sehr gut hautverträglich und nahezu unverwüstlich. Anders als die klassischen Schmuck-Metalle Gold oder Silber zeigt Titan keine Alterungserscheinungen und lässt sich zudem sehr genau und präzise bearbeiten. Foto: MLR
Ein Text, der besonders vielen Menschen wichtig ist, ist die Bibel. Dr. Sauters Idee erlaubt es, sie vollständig auf einen Chip mit einer Kantenlänge von nur vier Millimeter zu schreiben. In Form eines kreuzförmigen Anhängers, kann sie jeder der möchte, als Schmuckstück bei sich tragen. Während die winzigen Buchstaben von Mikroelektronik-Spezialisten auf die Chips aufgebracht werden, fertigen die Feinmechaniker der Firma ASKEA im Allgäu die Schmuckkreuze aus Titan. Foto: NanoJewellery
Dort wird jedes einzelne Kreuz aus einem flachen Stück Titan herausgeschnitten. Um auch sehr kleine Werkstücke bearbeiten zu können und eine vollständig glatte Schnittfläche zu erhalten, geschieht das mit Hilfe eines sehr dünnen Messing-Drahtes: Er wird unter elektrische Spannung gesetzt, während das Werkstück in Wasser liegt. Wo der Draht dem Werkstück sehr nahe kommt, entsteht ein Funkenschlag. Die dadurch freigesetzte Energie löst kleinste Partikel aus dessen Oberfläche und trägt sie so ab. Auf diese Weise wird der Rohling elektrothermisch geschnitten, ohne dass Späne anfallen. Schnittkanten und Kontur lassen sich auf diese Weise sehr genau herstellen. Foto: MLR
Mit Hilfe eines Laserstrahls wird im Anschluss der Rahmen für den Chip aus dem Rohling geschnitten. Wie in einem Bilderrahmen bleibt auf der Vorderseite des Kreuzes ein winziger Rand stehen. Diese 20 Mikrometer (µ) reichen, um den Chip später an Ort und Stelle zu halten. Auf der Rückseite wird er durch einen Laser dauerhaft mit dem Schmuckkreuz verschweißt. All das ist filigrane Handarbeit. Ebenso wie die winzige Öse, die von der ruhigen Hand eines Feinmechanikers an die richtige Stelle gebracht und dort angeschweißt wird. Foto: MLR
Je nach Beschichtung der Oberfläche erscheinen die fertigen Schmuck-Kreuze golden, silbrig oder mattschwarz. Der Chip darin erscheint dem bloßen Auge als glänzender Schmuckstein. Foto: MLR
Doch schon bei 45-facher Vergrößerung lassen sich Titel und die Seiten mit Hilfe eines Lichtmikroskops gestochen scharf erkennen. Foto: MLR
Die 1.600-fache Vergrößerung macht dann jeden Buchstaben, jeden Satz des Alten und des Neuen Testaments lesbar. Das ist mit einem Lichtmikroskop zu schaffen und damit auch in vielen Jahren noch möglich. Foto: MLR
„Die Nano-Bibel ist ein Beispiel dafür, was möglich ist, wenn man das Elektronenstrahl-Verfahren aus der Mikroelektronik dafür einsetzt, optische Informationen im Nanometer-Maßstab zu erzeugen. Damit können wir jede beliebige optische Information in nanometergroßen Bildpunkten auf kleinste Flächen bringen,“ erklärt Dr. Stephan Sauter, der Inhaber von NanoJewellery (im Bild links). „Auf dem Chip ist das abgebildet, was Menschen seit Jahrhunderten bewegt. Mit Hilfe modernster Technologie und klassischer Handwerkskunst machen wir daraus ein zeitloses Schmuckstück,“ fasst André Le Guin, Laserspezialist und Gesellschafter von ASKEA (im Bild rechts), die Zusammenarbeit des Familienunternehmens mit NanoJewellery zusammen. Foto: MLR