Newsletter IngCH Engineers Shape our Future NR. 50, MÄRZ / MARS 2015

Dr. Matthias Kaiserswerth, Director IBM Research Zürich, Vice President IBM Research GmbH

Nano- und Mikrotechnologie Nano- et microtechnologie

Innovation ist eine der grundlegenden Antriebsfedern der Schweizer Wirtschaft. Ein schönes Beispiel dafür sind die im 18. Jahrhundert im Schweizer Jura ent-standenen Uhrenmanufakturen. Anfäng-lich waren es oft Bauern, die im Winter hochpräzise Federn und Zahnrädchen für die Genfer Uhrmacher herstellten. Später entwickelte sich daraus eine In-dustrie, die den Ruf der Schweiz als Land für Präzisionsarbeit begründete.

Mittlerweile hat eine andere Technologie einen Reifegrad erreicht, dass sie, meiner Meinung nach, eines Tages eine ebenso wichtige Rolle spielen wird: Die Nanotechnologie. Ihre Geburtsstunde war die Erfindung des Rastertunnelmikroskops durch zwei IBM-Forscher in Rüschlikon. Dank dieser Erfindung, die 1986 den Physik-Nobelpreis erhielt, konnten Wissenschaftler zum ersten Mal Atome sehen und sogar manipulieren.

Nanotechnologie befasst sich mit Strukturen oder Prozessen mit unglaublich kleinen Teilchen von bis zu 100 Nanometer (1 nm ist ein millionstel Millimeter). Dank ihr können wir Atome manipulieren, um zum Beispiel Materialien und Stoffe wider-standsfähiger und schmutzabweisend zu machen, Medikamente zu personalisieren oder sehr schnelle und energieeffiziente IT-Bauteile herzustellen.

Die Nanotechnologie führt die erfolgreiche Schweizer Tra-dition der Präzisionsmechanik und -herstellung weiter. Aber Einfallsreichtum alleine ist nicht genug. In der Uhrenindustrie bewährte sich damals das Prinzip der Établissage, also der ar-beitsteiligen Herstellung. Vergleichbar damit braucht es auch in der Nanotechnologie Partnerschaften zwischen Industrie, öffentlichen Institutionen und der akademischen Welt. Nur so kann die Schweiz eine zentrale Rolle in der Nanotechnologie einnehmen – so wie sie es in der Uhrenindustrie tut.

Der amerikanische Physiker Richard Feynman, der als Vordenker der Nanotechnologie gilt, gab seinem wegweisenden Vortrag zu diesem Thema den Titel «There’s plenty of room at the bottom» – auf Deutsch: Ganz unten hat es noch viel Spielraum. Und er hatte Recht. Wir müssen nur schauen, dass die Schweiz den ihr gebührenden Teil dieses Raums belegen kann.

L’innovation est l’un des moteurs fondamentaux de l’économie suisse, comme l’illustrent par exemple les manufactures horlogères qui se sont établies dans le Jura suisse au 18e siècle. A l’origine, il s’agissait souvent de paysans qui fabriquaient pendant l’hiver des ressorts et des petites roues dentées d’une grande précision pour les horlogers genevois. Cette activité se développa par la suite, devenant une industrie qui forgea la réputation de la Suisse en matière de travail de précision.

Entre-temps, une autre technologie a atteint un tel niveau de développement qu’elle jouera un jour, selon moi, un rôle tout aussi important: il s’agit de la nanotechnologie. Tout a commencé par l’invention du microscope à effet tunnel par deux chercheurs d’IBM à Rüschlikon. Cette invention, qui fut récompensée par le prix Nobel de physique en 1986, a permis à des scientifiques de voir et même de manipuler des atomes pour la première fois.

La nanotechnologie permet d’étudier des structures ou des processus avec de minuscules particules mesurant jusqu’à 100 nanomètres (1 nm correspondant à 1 millionième de millimètre). Grâce à la nanotechnologie, nous pouvons manipuler des atomes, par exemple pour rendre des matériaux et des substances plus solides et résistants à la saleté, pour personnaliser des médicaments ou pour fabriquer des composants informatiques très rapides et à haut rendement énergétique.

La nanotechnologie perpétue la tradition suisse dans le domaine de la fabrication et de la mécanique de haute précision. Mais l’ingéniosité à elle seule ne suffit pas. A l’instar du principe de l’établissage qui fit ses preuves à l’époque dans l’industrie horlogère, à savoir un mode de production reposant sur la division du travail, la nanotechnologie requiert également des partenariats entre l’industrie, les institutions publiques et le monde académique. C’est le seul moyen pour la Suisse de jouer un rôle central dans la nanotechnologie – comme c’est le cas dans l’industrie horlogère.

Le physicien américain Richard Feynman, considéré comme un pionnier dans le domaine de la nanotechnologie, donna une conférence novatrice à ce sujet intitulée «There’s plenty of room at the bottom» – en français: «il y a plein de place en bas». Et il avait raison. Nous devons simplement veiller à ce que la Suisse puisse occuper la place qui lui revient.

EDITORIAL / ÉDITORIAL

IngFLASH NR. 502

Der Stoff, der aus dem Bleistift kommt(is) Mit Klebeband und Graphit, wie er in einer Bleistiftmine steckt, bewiesen zwei Physiker, dass Graphen, das «Wunder-material der Zukunft», tatsächlich existiert – und bekamen dafür den Physik-Nobelpreis. Auch an der Empa erforschen Wissenschaftler die Eigenschaften von Graphen. Sie gehen etwa der Frage nach, wie sich aus Molekülen Graphen-Nano-strukturen für elektronische Bauteile erzeugen lassen.

Wer mit Bleistift schreibt, hinterlässt Spuren von Kohlenstoff. Dabei werden einzelne Schichtpakete aus Graphit von der Bleistiftmine abgerieben. Würde man das weitertreiben und trüge man die Schichten bis zur letzten Atomschicht ab, so stiesse man auf Graphen. Denn Graphit ist nichts anderes als millionenfach übereinander gestapelte Graphenschichten. Was allerdings überrascht: Graphen entpuppt sich als Material mit aussergewöhnlichen Eigenschaften – es ist fest wie Diamant, gleichzeitig aber flexibel, es leitet hervorragend Strom und Wärme, ist ultraleicht, reissfest und nahezu transparent. Ein Material, das dereinst für unterschiedlichste Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Kommunikationstechnik, Energie-erzeugung und -speicherung, im Fahrzeugbau und in vielem mehr eingesetzt werden könnte.

ARTIKEL / ARTICLE INHALT / CONTENU

Editorial / Éditorial 1

ArtikelDer Stoff, der aus dem Bleistift kommt

2–3

InterviewVom Hör-Verstärker zum Hör-Genuss Dr. Res Gerber, Phonak

4–5

Article Remonter sa montre seulement 12 fois par an

6–7

Kolumne / Chronique Ein Engagement, das langsam wirkt

8

IngCH-Aktivitäten / Activités d’IngCH 9–12

Graphen, das «Wundermaterial der Zukunft»

3 IngFLASH NR. 50

Kleinste elektronische BauteileDie extrem hohe Leitfähigkeit und die damit verbundene geringe Verlustleistung von Graphen faszinieren vor allem Forschende, die sich mit Elektronikbauteilen beschäftigen. Denn im Zug der Miniaturisierung von Bauteilen steuert man mit dem traditionel-len Silizium als Halbleitermaterial allmählich auf physikalische Grenzen zu. Zuverlässige Bauteile im Nanometermassstab stehen auf der Wunschliste der Elektronikwelt ganz oben. Eignet sich Graphen als möglicher Ersatz für Silizium und Co.? Ja, waren auch die Forscher der Empa-Abteilung «nanotech@surfaces» um Roman Fasel überzeugt. Allerdings nur, wenn sich ein Weg finden liesse, die extrem hohe elektrische Leitfähigkeit von Graphen zeitweise auch zu unterbinden. Denn elektronische Schalter müssen Strom auch abschalten können. Das ist bei Gra-phen eigentlich nicht möglich, weil ihm als Halbmetall die dafür notwendige elektronische Bandlücke fehlt – der Energiebereich, in dem sich keine Elektronen befinden können.

Aus theoretischen Überlegungen wusste man: Im Gegensatz zu grossflächigen Graphenschichten weisen extrem schmale Graphenbänder die gewünschte Bandlücke auf. Graphen eig-net sich also – zumindest theoretisch – als Halbleiter. Doch wie lassen sich derart schmale, nur wenige Nanometer breite Gra-phenbänder herstellen? Erste Versuche zeigten, dass offenbar auch die Beschaffenheit der Ränder von grosser Bedeutung für die Eigenschaften des Graphenbandes ist. Beim Schneiden einer Graphenschicht entstehen «ausgefranste», unregelmässige Ränder. Um die gewünschten elektronischen Eigenschaften zu erreichen, müssen die Ränder jedoch perfekt regelmässig sein. Doch wie lässt sich das bewerkstelligen?

Aus Molekülen wachsen lassen2010 gelang es dem Empa-Team in Zusammenarbeit mit Che-mikern des Max-Planck-Instituts, wenige Nanometer breite Graphenbänder mit genau definierten Rändern herzustellen. Sie liessen auf Metalloberflächen die Bänder gezielt aus sorgfältig

Wenige Nanometer breite Graphenbänder mit genau definierten Rändern

ausgewählten Vorläufermolekülen wachsen. Dabei konnten sie zeigen: je schmaler die Bänder, desto grösser die Bandlücke – genau wie in der Theorie vorausgesagt. Die Kunst bestand darin, die richtigen Moleküle zu finden, die auf Oberflächen zu wohldefinierten Graphenstrukturen heranwachsen. Den Empa-Forschenden gelang es, die Herstellungsprozesse zu perfektionieren. Sie bauten durch molekulares «Lego» ver-schieden breite Graphenbänder mit unterschiedlichen Rändern.Doch nicht nur das. Indem sie an genau definierten Positionen innerhalb der Graphenbänder «Fremdatome» wie Stickstoff einbauten, gelang es Fasel und Co., deren elektronische Ei-genschaften noch weiter zu beeinflussen. Sie bieten nun die strukturelle Grundlage für zahlreiche Bauelemente der Halbleiterindustrie.

In der Fachwelt hat die Arbeit der Empa-Forschenden bereits hohe Wellen geschlagen. Sie biete MaterialwissenschaftlerInnen und ElektroingenieurInnen «enormen Raum, Eigenschaften on demand herbeizuführen», schreibt beispielsweise Hinran Wang, Leiter des nationalen Labors für Festkörper-Mikrostrukturen der chinesischen Universität Nanjing.

Ausser für elektronische Bauteile könnten sich Graphenbän-der auch für den Bau neuartiger hochempfindlicher Sensoren eignen. Und selbst fotovoltaische Elemente könnten dereinst auf Graphen basieren, wie Pascal Ruffieux – ebenfalls aus der Empa-Abteilung «nanotech@surfaces» – und seine Kolleginnen und Kollegen vor kurzem herausfanden.

(gekürzte Fassung des Artikels von Martina Peter, erschienen in der

«EmpaNews» Nr. 47)

Comment la nanotechnologie intègre-t-elle les textiles?

Les vêtements sont comme une seconde peau qui nous protège du froid, de la chaleur, de l’eau et des rayons du soleil. Mais aujourd’hui, les exigences envers les vêtements de sport sont encore plus élevées: ils doivent évacuer la transpiration de notre peau, protéger contre les rayons UV, éviter les odeurs de transpiration, etc. Les nanomatériaux sont utilisés de façon ciblée pour conférer aux textiles la fonctionnalité requise.

Il existe en principe deux méthodes pour intégrer les nanomatériaux dans les textiles, créant ainsi de nouvelles fonctionnalités: les nanoparticules, nanofibres ou nanoplaquettes sont soit intégrées dans les textiles sous forme de poudre, soit appliquées sur leur surface. Une solution alternative consiste à générer la nanostructure directement dans le textile.

Source: www.exponano.ch

IngFLASH NR. 504

(mw) Ein interessantes Beispiel dafür, dass Nano- und Mikro-technologie heute beinahe über-all drinstecken und die Dinge, in denen sie «drin» stecken, wesentlich verändert haben, sind die Hörgeräte der Firma Phonak. Die Geräte, die mög-lichst klein sein sollten, damit sie praktisch zu tragen sind und nicht auffallen, haben sich durch Nano- und Mikrotechnik von einfachen Hör-Verstärkern zu hochkomplexen Hör-Genuss-Geräten entwickelt.

und vertrautes Hören. Zusätzlich kann die Funktion am Hör-gerät selbst oder über eine Fernsteuerung gewählt werden.

Die Klangqualität der heutigen Geräte ist sehr hoch. Durch raffinierte Algorithmen in den Signalprozessoren wird mit den heutigen Geräten das Hören wieder zum Genuss. Früher waren die Hörgeräte eine Art Verstärker, heute sind sie hoch-komplexe akustische Verarbeitungsgeräte.

Wie ist die Interaktion von Hörgeräten mit neuen Medien wie Smartphones und Tablets etc.?Vieles ist möglich. So kann man ein Smartphone über eine drahtlose Audioverbindung mit dem Hörgerät verbinden. Auf dem Smartphone können z. B. Klänge abgespielt werden, die Tinnitus-Patienten helfen. Der Tinnitus wird dabei nicht übertönt, sondern die Hauptaufmerksamkeit der Patientin oder des Patienten wird durch andere audiologische Reize abgelenkt, was Erleichterung bringt und das auditive System auf normale Art und Weise aktiviert.

Audio- oder Telefonsignale, wie z. B. der Fernsehton, können ebenfalls drahtlos auf das Hörgerät gespielt werden, um die Hörqualität zu verbessern. Und es gibt Mikrofone zum Anstecken, die die Sprache ohne störende Nebengeräusche direkt zum Hörgerät übertragen. All dies ist auch nur dank Mikroelektronik möglich.

Etwas sehr Interessantes ist die Anwendung von Hörgeräten und Remote-Mikrofonen bei Kindern mit Problemen in der Sprachentwicklung sowie mit dem Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom ADHS. Hier versucht man mit dem Hörgerät und einem Mikrofon, das die Lehrperson trägt, die Aufmerksamkeit der Kinder auf die Lehrperson zu fokussieren. Diese akustische Fokussierung hilft Kindern mit Lernschwierigkeiten. Jüngere

Vom Hör-Verstärker zum Hör-Genuss

Gehäuse eines Hinterohrgerätes: Wasser wird von der Oberflächen-

behandlung abgestossen und perlt ab

Dr. Res Gerber

INTERVIEW

IngFlash sprach mit Dr. Res Gerber, Manager Performance Profiling, Science & Technology bei Phonak, um mehr über die neusten Entwicklungen bei den kleinsten Teilen in Hörgeräten zu erfahren.

(IngFlash) Wo und wie setzt Phonak Nano- und Mikrotechno-logie ein?(Res Gerber) In unseren Hörgeräten wird Nano- und Mikrotech-nologie umfänglich eingesetzt und angewandt. Mikroelektronik steckt in den Chips der Hörgeräte und Nanotechnologie kommt üblicherweise am Äusseren der Gehäuse zum Einsatz.

Wie wurden die Produkte durch diese neuen Technologien verändert?Mit der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik sind unsere Hörgeräte wesentlich leistungsstärker geworden und ganz neue Anwendungen sind möglich. Moderne Material technik macht sie zuverlässiger und steigert ihre Lebensdauer. Die Geräte werden heute mit Nanostrukturen beschichtet, die vor dem Eindringen von Wasser, Schmutz, Schweiss etc. schützen, so dass man sie auch beim Schwimmen tragen kann.

Und natürlich fand eine Miniaturisierung statt. Die Geräte sind heute kleiner und optisch attraktiver. So gibt es eine ganze Palette von Farbtönen und für schwach bis mittelgradige Hör-verluste sehr kleine Geräte, die man hinter dem Ohr oder im Gehörgang trägt. Eine Version verschwindet dabei vollständig im Gehörgang und kann über Monate drinbleiben.

Haben diese Technologien auch die Hörqualität verändert?Die heutigen Hörgeräte können viel flexibler an die individuelle Hörfähigkeit angepasst werden und passen sich automatisch an die akustische Umgebung an: Fokussierung auf den Gesprächs-partner, Unterdrückung von Nebengeräuschen, angenehmes

5 IngFLASH NR. 50

Kinder akzeptieren dabei diese Hörunterstützung problemlos, bei Kindern ab zwölf Jahren ist dies schwieriger, weil sie nicht aus der «Norm» fallen möchten.

Haben sich die Ansprüche der Kunden verändert?Die Kunden wünschen sich heute Hörgeräte, die mit sämtlichen Entwicklungen der neuen Technologien Schritt halten.

In einem Punkt hat sich allerdings nichts verändert: Viele Kunden möchten nicht, dass man ihr Hörgerät sehen kann. Sie wählen deshalb oft nicht dasjenige, das für ihren Hörverlust die besten akustischen Ergebnisse bringt, sondern bevorzu-gen ein optisch unauffälligeres. Dank Miniaturisierung und Materialtechnik gibt es heute ästhetisch sehr schöne Geräte. Gesprächspartner von Hörgeräteträgern bemerken häufig die Geräte am oder im Ohr nicht: Man schaut sich in die Au-gen oder auf den Mund, aber nicht auf die Ohren. Trotzdem äussern viele potenzielle Hörgeräteträger auch heute noch ästhetische Bedenken.

Blick ins Innere eines Hinterohrgerätes

(Audéo V-312)

Was fällt dir spontan zum Begriff Mikro- und Nanotechnologie ein?

Leo

«Ich verbinde die Themen mit Elektrotechnik, weil ich mich an jemanden von der ETH erinnere, der erzählt hat, dass Mikro- und Nanotechnologie für spezielle Lin-sen verwendet werden, die ähnlich wie Google Glass funktionieren.»

Nadja, Diana, Esther

«Die Mikrowelle, etwas sehr Kleines, und feines Essen»

Jugendliche der Technik- und Informatikwoche der Kantonsschule im Lee

Wie gross ist eigentlich ein Nanometer?

Das C60-Molekül, der kleinste molekulare «Fussball», steht im Grössenverhältnis zur Orange wie diese zur Erde. «Nano» kommt aus dem Griechischen und bedeutet Zwerg. Nano wird auch als Abkürzung für ein Milliardstel verwendet.

1 Nanometer = 0,000000001 m = 10-9 m = 1 nm

Quellen: www.swissnanocube.ch / www.empa.ch

Wie sehen Hörgeräte in zwanzig Jahren aus? Oder sehen wir sie dann gar nicht mehr? Zwanzig Jahre ist eine lange Zeitspanne, es wird sich sicherlich vieles ändern. Doch grundsätzlich denke ich, dass wir für besse-res Hören auch in zwanzig Jahren noch elektronische Apparate an beiden Ohren tragen werden. Auch die Anpassung an den individuellen Hörverlust und an die Hör gewohnheiten durch professionelle Akustiker oder Audiologen wird ein entscheiden-der Teil bleiben. Der Mensch kann nur schlecht beschreiben, wie gut oder schlecht er hört, da akustische Ereignisse flüchtig sind. Deshalb sind auch die Begrifflichkeiten schwierig. Im Gegensatz zum Sehen: Bilder oder Texte bleiben stehen und entschwinden dem Betrachter nicht.

Aber sicherlich wird die Konnektivität der Geräte weiter fort-schreiten, so dass sie z. B. mit dem Internet agieren, medizinische Daten erfassen und mit anderen Geräten verbunden werden können. Besser hören zu können, wird immer Ziel des Gerätes bleiben.

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(is) Pourquoi une montre mécanique fait-elle «tic-tac»? Et qu’y-a-t-il de si révolutionnaire dans le fait qu’elle ne le fasse plus? Dans le cadre de ses travaux novateurs dans le domaine des mécanismes flexibles, Pierre Genequand, physicien du CSEM désormais à la retraite, a inventé une montre mécanique dont le tic-tac n’est plus perceptible.

Zeitung): «Ce matériau foncé et brillant permet de réaliser des pièces d’une très grande précision [et antimagnétiques], qui se caractérisent par leur dureté, [leur stabilité thermique] et leur grande élasticité. Le silicium permet de réaliser des pièces à une échelle qui ne peut pas être obtenue avec des méthodes de traitement mécaniques traditionnelles.»

Remonter sa montre seulement 12 fois par anLE CSEM présente une innovation de pointe dans le domaine de la microtechnologie

Prototype: la combinaison de silicium et de pivots exempts de friction sur des articulations flexibles est particulièrement économe en énergie.© CSEM SA / VMF SA - Suisse

Pierre Genequand, inventeur du régulateur éponyme pour les montres mécaniques, physicien du CSEM à la retraite. © CSEM SA / VMF SA - Suisse

ARTICLE / ARTIKEL

Le tic-tac des montres est dû à l’interaction entre le réservoir d’énergie, le rouage, l’organe réglant et l’affichage. Le tic-tac et la perte d’énergie correspondante ne lui laissant aucun répit, Pierre Genequand a cherché un moyen de concevoir un mouvement d’horlogerie à haut rendement énergétique. Après sa retraite, le scientifique a présenté à ses collègues du CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique) un nouveau système de mouvement de montre inédit. Ce mécanisme présentait cependant l’inconvénient d’être environ 20 fois plus grand qu’un rouage de montre traditionnel. Fidèle à sa réputation, le CSEM a relevé le défi et cherché une solution appropriée, c’est-à-dire petite. Au bout de dix ans, l’objectif fut atteint: le grand prototype en bois existait désormais en tant que minuscule mouvement de montre. L’élément clé de cette miniaturisation est le silicium. Selon Timm Delfs (Neue Zürcher

Le système complexe derrière le tic-tac

Les montres mécaniques classiques doivent être remontées toutes les 40 heures pour recharger le réservoir d’énergie. Ce réservoir d’énergie (concrètement: un ressort) transmet l’énergie au rouage, qui la retransmet à son tour à l’organe réglant par le biais de l’échappement, entretenant ainsi les oscillations. L’organe réglant régule quant à lui l’échappement, qui divise le déroulement du mouvement d’horlogerie en impulsions constantes. L’affichage, activé en permanence par le rouage lors de ces impulsions, indique l’heure. L’organe réglant génère des impulsions d’horloge constantes et récurrentes et les envoie à l’échappement, qui interrompt le libre déroulement du mouvement d’horlogerie. C’est cette interaction qui provoque le célèbre tic-tac d’une montre.

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Remonter sa montre seulement 12 fois par anLE CSEM présente une innovation de pointe dans le domaine de la microtechnologie

Dans son article dans la NZZ am Sonntag, Daniel Hug explique: «Les mécanismes actuels transmettent l’énergie du ressort remonté par le biais de petits battements réguliers au niveau du système d’oscillation, évitant de laisser libre cours au mouvement d’horlogerie. L’inconvénient de ce système est facilement perceptible: le tic-tac de la montre est provoqué par les battements des allers-retours de l’ancre sur les dents de la roue d’échappement. Toutefois, cela engendre aussi une absorption d’énergie importante; afin d’entretenir l’oscillation du balancier (autrement dit l’organe réglant, n.d.l.r.), il faut également de l’énergie.»

… et où disparaît-elle?

Le mouvement de montre de Genequand n’a besoin d’être remonté qu’une fois tous les 30 à 40 jours. Comment est-ce possible? Le générateur d’impulsions actuel d’une montre, l’«échappement à ancre», a été entièrement reconçu dans le mouvement d’horlogerie de Genequand. Son organe réglant fonctionne avec du silicium, une matière révolutionnaire dans le domaine de la microtechnologie: une roue en silicium ultralégère est maintenue en rotation par deux lames en silicium élastiques et ultrafines. Comme l’explique Daniel Hug: «Cet échappement n’a plus besoin de balancier spiral. L’ancre a également été entièrement reconçue par Genequand: deux lames fines et élastiques sont en contact permanent avec la roue de rencontre – évitant ainsi les battements récurrents et énergivores de l’ancre traditionnelle sur la roue d’échappement.» Les conséquences acoustiques sont importantes, le tic-tac caractéristique disparaît. Et grâce au nouvel échappement, qui n’a plus besoin que d’une fraction de l’énergie d’un régulateur traditionnel en raison des pertes par friction minimes, la montre n’a plus besoin d’être remontée aussi souvent.

Recherche et industrie main dans la main

Le CSEM travaille en étroite collaboration avec le fabricant de mouvements d’horlogerie Vaucher Manufacture Fleurier, qui se concentre désormais sur l’industrialisation de la montre. D’ici à trois ans, la microtechnologie du CSEM devrait équiper les montres de la marque Parmigiani. On la retrouvera bientôt ornant les poignets du monde entier. Les propriétaires n’auront

plus à remonter leur montre qu’une fois par mois et le tic-tac des montres ne détournera plus l’attention de ce qui est essentiel.

Sources:

www.csem.ch

www.nzz.ch/sonntag

www.nzz.ch

www.wikipedia.org

Lotusblumen und Nanotechnologie

Vom Lotus-Effekt spricht man dann, wenn sich eine Ober-fläche mithilfe von Wasser von selbst reinigt. Die Oberflä-che der Lotusblumenblätter ist nämlich von einer Vielzahl wasserabweisender Wachskristalle überzogen, also gewölbt und sehr rau. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Blatt und Wassertropfen extrem minimiert, was ein scheinbar reibungsloses Abrollen der Tropfen ermöglicht. Schmutz-partikel werden von den Wassertropfen mitgeschwemmt. Mittels Nanotechnologie kann der Effekt auch künstlich er-zeugt werden. Dabei wird die Oberfläche eines Gegenstands beschichtet, so dass ähnlich wie bei der Lotuspflanze eine gewölbte, wasserabweisende Struktur entsteht. Der Lotus-Effekt wird heute in verschiedenen Bereichen angewendet, etwa bei Hausfassaden, Autoscheiben, Textilien oder Holz.

Quelle: www.exponano.ch

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KOLUMNE / CHRONIQUE

Ein Engagement, das langsam wirktDr. Andrea Leu, Geschäftsführerin IngCH

Wir leben in einer Zeit, in der alles schnell gehen muss: Entscheide fällen, Gewinne erzielen, neue Produkte auf den Markt bringen, Innovationen vorantreiben. Wir befinden uns fast permanent auf der Überholspur und wollen die Resultate unserer Anstrengungen unmittelbar er-leben. Das hinterlässt Spuren. Wir sind ungeduldiger geworden, können kaum noch abwarten, müssen immer Gas geben, wollen Resultate sehen, noch bevor wir richtig mit der Arbeit begonnen haben.

In der Nachwuchsförderung ist das Gegenteil gefragt. Es braucht Ausdauer und Durchhaltevermögen. Will man junge Menschen, die keinen oder wenig Bezug zur Technik haben, davon über-zeugen, dass Ausbildungen in diesem Bereich interessante Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen, braucht es ein langfristiges Engagement. Zu stark sind die Bilder, die noch immer in vielen Köpfen wirken. Zu wuchtig die Vorurteile, die z. B. viele junge Frauen davon abhalten, eine technische Studienrichtung zu wählen. Man muss früh beginnen und dranbleiben, auf die Schnelle sind kaum Resultate zu erzielen.

Gefordert ist natürlich einerseits das Bildungssystem selbst – MINT-Themen müssen besser in den Unterricht integriert werden. Zentral ist aber auch die Wirtschaft. Unternehmen können vielen Vorurteilen entgegentreten, indem sie ihre Tü-ren für Schülerinnen und Schüler, aber auch für Lehrpersonen öffnen. Für Besuche, Praktika, Workshops, Projekttage- und -wochen. Dieser Austausch ist wichtig und kann so manche «Berufs- oder Studienweiche» anders stellen. IngCH setzt genau hier an. Die Mitgliederunternehmen engagieren sich auf vielfältige Weise und mit grossem Aufwand. Nicht erst seit gestern, sondern seit beinahe dreissig Jahren. Einen schnellen Return on Investment können sie nicht erwarten – viele Besu-cherinnen und Besucher werden trotzdem nicht Ingenieurin oder Ingenieur. Und wenn doch, dauert es mindestens vier bis fünf Jahre, bis aus einer Gymnasiastin eine ETH- oder FH-Absolventin wird, die dann vielleicht eine Stelle im damals besuchten Unternehmen annimmt.

Das Engagement bei IngCH steht für jedes Unternehmen also etwas quer in der Landschaft. Umso vorbildlicher ist es. Und umso wichtiger. Denn jeder junge Mensch, der sich für eine Ingenieurlaufbahn entscheidet, sorgt dafür, dass die Schweiz weiterhin zu den technologisch führenden Ländern gehört.

Dave

«Die Mikro- und Nanotechnologie beruht auf sehr kleinen Teilchen, zum Beispiel in unseren Computern. Die Technologie ist von Auge nicht sichtbar, enthält aber zum Beispiel komplizierte Schaltpläne.»

Leonie

«Sehr kleine Geräte, die man zum Beispiel auf die Netzhaut trans-plantieren kann. Die Technologien eröffnen viele neue Möglichkeiten und sind manchmal ein bisschen wie Science-Fiction.»

Was fällt dir spontan zum Begriff Mikro- und Nanotechnologie ein?

Jugendliche der Technik- und Informatikwoche der Kantonsschule im Lee

Autos mit Nano-Beschichtung

«Nano-Lack» enthält spezielle, mikroskopisch kleine Kera-mikpartikel. Beim Aushärten des Lacks bilden diese Partikel eine sehr dichte Netzstruktur, die extrem widerstandsfähig ist. Durch diese Struktur wird der Lack quasi zur hauchdün-nen Panzerscheibe. Dabei bleibt der Farbton erhalten, denn die Nanopartikel sind deutlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts – und damit selbst nicht sichtbar.

Versuche in der Waschanlage haben gezeigt, dass die neuen Lacke eine um 3 x höhere Kratzfestigkeit und einen um 40 % höheren Glanz als normale Autolacke haben. Bei einem herkömmlichen Lack ist nach 100 Waschgängen in der Autowaschanlage nicht mehr viel Glanz übrig. Autos mit dem Nano-Lack sollen aber noch fast wie am Autosalon funkeln.Quelle: http://www.simplyscience.ch

9 IngFLASH NR. 50

IngCH-AKTIVITÄTEN / ACTIVITÉS D’IngCH

50. Ausgabe des «IngFlash»

Wir sind stolz: Sie halten gerade die 50. Ausgabe des IngFlash (ehemals: Infoflash) in den Händen bzw. schauen sich das PDF an. Um sich die Dimensionen der vergange-nen Zeitspanne besser vorstellen zu können, haben wir hier ein paar Bilder von alten Ausgaben zusammengestellt. Viel Spass!

«Infoflash» Nr. 7, Februar 1996: Hier machte man sich noch «Gedanken am Rande von Internet»

Le bilan après une année d’être directrice d’IngCH. (bulletin no. 42, septembre 2010)

IngCH toujours à jour! Infoflash devient IngFlash (bulletin no. 33, juillet 2007)

Ausgabe Nr. 14, August 1999: Schon damals war man fasziniert vom Entwicklungstempo in der Technologie.

Von Anfang war die Frauenförderung für IngCH ein Anliegen (Ausgabe Nr. 17, 2001)

IngFlash mit neuem Präsidenten: Eduard Rikli schreibt über den Ingenieurberuf in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft (Ausgabe Nr. 46, November 2012)

IngFLASH NR. 5010

IngCH-AKTIVITÄTEN / ACTIVITÉS D’IngCH

Seit Beginn 2015 ist die Informatikbranche mit zwei neuen Mitgliedern stark bei IngCH vertreten: IBM und Ergon haben sich entschlossen, die Zielsetzungen und Aktivitäten von IngCH zu unterstützen.

Ergon Informatik AG ist in der Schweiz ein führender Anbieter von individuellen Softwarelösungen und Softwareprodukten. Das Unternehmen wurde 1984 gegründet und umfasst heute 220 Mitarbeitende. Die bekanntesten Softwareprodukte sind die Authentisierungsplattform Medusa und die Web-Application-Firewall Airlock. Darüber hinaus hat sich Ergon mit Software für den Retail-Bereich und weiteren Grossprojekten in diver-sen Branchen einen Namen gemacht. 2014 wurde Ergon mit dem 2. Platz bei «Great Place to Work» bei den mittelgrossen Firmen ausgezeichnet, 2012 mit dem «Swiss Arbeitgeber Award».

100 Jahre Innovation machten IBM zum weltgrössten Unterneh-men in der Informationstechnologie. Ziel des Unternehmens ist es, bei der Erfindung, Entwicklung und Herstellung von Produkten der Informationstechnologie eine führende Rolle einzunehmen. Dies umfasst das gesamte Spektrum von Com-putersystemen, Software, Netzwerken, Speichertechnologie bis hin zu Mikroelektronik. IBM bietet industriespezifische und -übergreifende Lösungen an, die die Bedürfnisse von Kunden jeder Grösse abdecken. Die IBM Schweiz AG wurde 1927 als Internationale Geschäftsmaschinen-Gesellschaft AG gegrün-det, 1970 erfolgte die definitive Namensgebung IBM Schweiz.

IBM und Ergon neu bei IngCH

«Achtung Technik Los!»

Seit 2010 ist die Wanderausstellung «Achtung Technik Los!» in den Regionen Nordwestschweiz und Zürich unterwegs und begeistert Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I für Technik und ICT. Im soeben erschienenen Jahresbericht 2014 zum Projekt sind die neuesten Zahlen und Fakten des Projektes publiziert. 2014 wurden insgesamt acht Aktionstage an sieben Standorten durchgeführt. Daran teilgenommen haben rund 1‘100 Sekundarschülerinnen und -schüler der Kantone Aargau, Zürich und Baselland.

Weitere Informationen und aktuelle Zahlen finden Sie im Jahresbericht 2014 auf www.achtungtechniklos.ch

IngCH-Meitli-Technik-Tage

Seit acht Jahren organisieren ABB Schweiz AG, libs und IngCH im Herbst die sogenannten «Meitli-Technik-Tage» in Baden. Seit 2006 haben rund 700 Mädchen im Berufswahlalter (13- bis 15-jährig) einen solchen Meitli-Technik-Tag besucht. Seit 2012 engagiert sich auch die Siemens Schweiz AG an den Standorten Zug und Zürich für das Projekt. Insgesamt 200 Mädchen haben seither an beiden Standorten an einem Meitli-Technik-Tag mit-gemacht. Die Evaluationen zeigen, dass den Mädchen vor allem die praktischen Arbeiten unter Anleitung von Berufslernenden gut gefallen. 30−40 % der Teilnehmerinnen geben an, dass sie sich eine technische Berufslehre durchaus vorstellen können. Die Realität – 5−10 % Frauen in technischen Berufen – sieht leider noch anders aus.

Gerade deshalb ist es wichtig, dass es solche Angebote wie die Meitli-Technik-Tage von IngCH gibt. Dort lernen die Mädchen Frauen kennen, die eine etwas andere Ausbildung gewählt haben und damit sehr zufrieden sind.

Was ist so besonders an Nanomaterialien?

Nanomaterialien und Oberflächen mit Nanostrukturen zeigen eine Vielzahl unterschiedlicher Eigenschaften: Sie weisen Wasser und Schmutz ab, schützen gegenüber ultraviolettem Licht und zeigen verschiedene optische Phänomene.

Grobkörnige Materialien haben unabhängig von ihrer Masse konstante physikalisch-chemische Eigenschaften. Bei Nanomaterialien trifft dies nicht mehr zu. Bei ihnen dominieren Eigenschaften, die mit dem Volumen und der Oberfläche der Materie zusammenhängen.

Verglichen mit grobkörnigen Materialien können Nano-materialien deshalb veränderte Eigenschaften aufweisen. Bei Teilchen im Nanometerbereich treten ausserdem so-genannte Quanteneffekte auf.

Quelle: http://www.bag.admin.ch

11 IngFLASH NR. 50

Technik- und Informatikwochen

In den Technik- und Informatikwochen sind die Schülerinnen und Schüler jeweils dazu aufgefordert, sich am Ende der Woche nochmal mit dem Erlebten zu befassen: Sie halten Präsentati-onen, sie schreiben Berichte, malen Plakate oder posten Bilder auf Facebook. Um einen Eindruck zu erhalten: Hier drei Plaka-te – Nummer 1 vertieft das Thema Recycling im Rahmen des Besuchs in der Umwelt Arena Spreitenbach, Nummer 2 zeigt die Vor- und Nachteile eines ETH-Studiums auf, und Nummer 3 beschäftigt sich mit Solarenergie – dem Gelernten aus dem Workshop der Woche.

Vielen Dank allen Teilnehmenden der Technik- und Informatik-wochen für die tolle Mitarbeit!

2 - Was spricht für und was gegen ein ETH-Studium?

1 - Welchen Weg geht das Papier? 3 - Wie funktioniert Photovoltaik?

On trouve fréquemment des nanoparticules naturelles dans nos denrées alimentaires: le lait homogénéisé contient par exemple des globules gras à l’échelle nanométrique. Par ailleurs, l’industrie développe des nanoparticules arti-ficielles destinées à améliorer les propriétés des produits alimentaires. En Suisse, toutefois, seuls certains produits contenant manifestement des nanoparticules artificielles

Quelles nanoparticules mangeons-nous?

sont actuellement en circulation. On trouve des produits contenant du dioxyde de silicium (améliore le pouvoir de pénétration des épices), des caroténoïdes (en tant que colorant et provitamine-A), ainsi que des micelles (nano-capsules servant de transporteurs pour la coenzyme Q10, les arômes, etc.). Toutes ces substances sont considérées comme étant sans danger pour la santé.

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Klosbachstrasse 107CH-8032 ZürichT: +41 (0)43 305 05 90F: +41 (0)43 305 05 99 info@ingch.ch

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Redaktion / Rédaction: Dr. Andrea Leu (al), Inci Satir (is), Maggie Winter (mw) | Redaktionelle Mitarbeit / Rédactrices: Lea Hasler (lh) | Korrektorat & Übersetzung / Relecture & Traduction: Supertext AG, Zürich | Gestaltung, Layout / Mise en pages, réalisation: Picnic Terminal Visuelle Kommunikation, Zürich | Druck / Impression: Sihldruck AG, Zürich | Auflage / Tirage: 3’000 Ex. | Erscheinung / Parution: Zweimal jährlich / Deux fois par an

Anregungen und kurze Beiträge werden gerne entgegengenommen.Des propositions et contributions sont les bienvenues.

IngCH-MITGLIEDERFIRMEN / LES MEMBRES D’IngCH

Technik- und Informatikwochen Semaines techniques et informatiques

Gymnasium Friedberg, SG 09. – 13. 03. 2015

KS am Burggraben, SG 09. – 13. 03. 2015

KS Heerbrugg, SG 09. – 13. 03. 2015

BKS Chur, GB 17. – 21. 03. 2015

Gymnasium Untere Waid, SG 23. – 27. 03. 2015

KS Hottingen, ZH 14. – 17. 04. 2015

KS Hohe Promenade, ZH 14. – 17. 04. 2015

KS Romanshorn, TG 20. – 24. 04. 2015

KS Schaffhausen, SH 27. – 30. 04. 2015

Gymnasium Kirschgarten, BS 15.– 19. 06. 2015

Lycée Denis-de-Rougement, NE 22. – 26. 06. 2015

KS Solothurn, SO 29.06. – 03. 07. 2015

Kantonsschule Zürcher Oberland, ZH 06. – 10. 07. 2015

IMPRESSUM

IngCH-AKTIVITÄTEN / ACTIVITÉS D’IngCH

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Die MINT-Herausforderungen für unser Bildungssystem sind vielfältig und anspruchsvoll. Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) stehen im Fokus vieler Bildungsinitiativen in der Schweiz. Die MINT- Servicestelle für Gymnasien und Fachmittelschulen wurde gemeinsam von Swissmem und IngCH Engineers Shape our Future eingerichtet und versteht sich als Ansprech-partnerin für Gymnasien und Fachmittelschulen, die mit den Schulen ein auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenes Konzept erarbeitet. Dabei werden bestehende MINT-Angebote als Grundlage genommen. Das Angebot der Servicestelle wurde in Gesprächen mit Schulleitungen erarbeitet und wird laufend verfeinert und ergänzt.

Kontakte:Dr. Andrea Leu, Geschäftsführerin IngCH Lea Hasler, Projektleiterin IngCH Tel.: 043 305 05 90

MINT-Servicestelle

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