Metrologie

Materialien, Methoden und Bauelemente der Metrologie

Einer der vier Forschungsschwerpunkte der TU Braunschweig ist die Metrologie. Dieser Schwerpunkt wird von der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik, Physik getragen gemeinsam mit den regionalen Partnern, insbesondere der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt PTB und der Leibniz-Universität Hannover LUH.

Die Metrologie ist die Wissenschaft vom Messen. Das präzise und rückführbare Messen ist unabdingbar für Industrie und Wirtschaft und insbesondere den internationalen Handel. Die weltweit gültigen SI-Einheiten für alle Messgrößen wurden im Mai 2019 auf eine neue Basis gestellt. Naturkonstanten und darauf basierende Quanteneffekte dienen seitdem als neue fundamentale Ausgangspunkte für alle Messungen und begründen die Quantenmetrologie. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB mit Hauptsitz in Braunschweig ist für die Umsetzung und Bereitstellung der SI-Normale in Deutschland zuständig. Da die PTB in der Metrologie in vielen Bereichen auch international führend ist, können unsere gemeinsamen Forschungsaktivitäten in der Metrologie-Initiative Braunschweig (MIB) auf international höchstem Niveau durchgeführt werden.

Die Weiterentwicklung präziser und quantitativer Messverfahren mit bekannter Messunsicherheit ist ein Forschungsgebiet von äußerster gesellschaftlicher Relevanz. Hier nur wenige Beispiele: Erst die Verfügbarkeit einer präzisen metrologischen Definition der Messunsicherheit, z.B. von Krebsmarker-Tests, ermöglicht den Einsatz in der medizinischen Diagnostik. Auch die Umweltanalytik kann erst dann Grundlage politischen Handelns werden, wenn deren Messunsicherheit im metrologischen Sinn bekannt ist (so z.B. Empfehlung zur Definition eines Nanomaterials durch die EU-Kommission). Erst allgemein akzeptierte Messverfahren führen zu allgemein akzeptierten Ergebnissen, die in der Folge auch Grundlage für die Akzeptanz von gesellschaftlichen Maßnahmen ist.
Internationale Abkommen im Umwelt- und Klimaschutz und globale Standards für die Lebensmittelsicherheit und Gesundheitsfürsorge erfordern weltweit vergleichbare Messergebnisse. Die weltweite Harmonisierung von Messgrößen und -methoden, wie sie im Rahmen der "Meterkonvention" international vereinbart wird, legt darüber hinaus den Grundstein für verlässlichen globalen Austausch von Waren und Dienstleistungen und damit den globalen Handel. Irritationen bezüglich gemeinsam anerkannter Definitionen und Konventionen führen sofort zu wirtschaftlichen Einschränkungen, da diese die gegenseitige Zulassung von Produkten behindern. Erst metrologische Verfahren ermöglichen die Etablierung von Normen, die neben Patenten die wichtigste Methode zur Absicherung technisch-wissenschaftlichen Knowhows aber auch z.B. zur Durchsetzung von Umweltnormen sind.

Die gemeinsamen Forschungsprojekte im Bereich der Metrologie werden im Forschungszentrum Laboratory for Emerging Nanometrology LENA organisiert, welches in einem Neubau mit neuen Büro- und Laborflächen untergebracht wurde und ebenfalls 2019 seinen Betrieb aufgenommen hat. Die Forschung zur Metrologie ist im Forschungsschwerpunkt inhaltlich in drei Bereichen organisiert:

  • Fundamentale Metrologie (Quantenmetrologie, Metrologie in den Lebenswissenschaften, SI Standards)
  • Metrologie für die Industrie (Metrologie in der Produktion, Instrumente, Nanometrologie )
  • Metrologie für die Gesellschaft (Metrologie für die Energieversorgung, Metrologie im Verkehr, Metrologie für die Umwelt)


In der Lehre bieten wir Studierenden in unseren Bachelor- und Masterstudiengängen viele Vertiefungsveranstaltungen aus dem Bereich der Nanotechnologie, Messtechnik, Sensorik und Metrologie an. Vertiefend bieten wir den Masterstudiengang „Nanoscience and Engineering“ und gemeinsam mit dem Maschinenbau den Masterstudiengang „Messtechnik und Analytik“ an, die Studierenden aus allen Bereichen offenstehen.


Zu den gemeinsamen Forschungsprojekten im Forschungsschwerpunkt Metrologie zählen


Die gesellschaftliche Relevanz der Quanten- und Nanometrologie ist evident: metrologische Verfahren sind Grundlage zur Lösung dringender globaler Probleme. Messdaten z.B. aus der Erdbeobachtung können für gesellschaftlich wichtige Überwachungsaufgaben im Umweltmonitoring genutzt werden und erreichen dort dank ihrer Zuverlässigkeit die notwendige Akzeptanz und Wirkung. Eine verbesserte medizinische Diagnostik und Therapie mit möglichst ubiquitärer Point-of-Care Analytik oder beispielsweise die Erforschung bekannter Demenzkrankheiten über innovative höchstempfindliche neurologische Sensorik - basierend auf nanoskopischer Quantensensorik - sind gerade für alternde Gesellschaften bezüglich Qualität (Verlässlichkeit) aber auch Kosten medizinischer Versorgung unabdingbar und können unser Gesundheitswesen auf eine völlig neue Basis stellen. Die Herausforderungen, die all diese neuen Gebiete mit sich bringen, werden erst dank verlässlicher Messdaten auf der Basis besserer quanten- und nanometrologischer Methoden gemeistert werden können.

Beteiligte Institute

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik

  • Prof. Dr. Meinhard Schilling

Institut für Halbleitertechnik

  • Prof. Dr. Andreas Waag
  • Prof. Dr. Tobias Voß

Institut für Elektronische Bauelemente und Schaltungstechnik

  • Prof. Dr.-Ing. Bernd Meinerzhagen

Institut für Angewandte Physik

  • Prof. Dr. Andreas Hangleiter
  • Prof. Dr. Uta Schlickum
  • Prof. Dr. Stefanie Kroker

Institut für Hochfrequenztechnik

  • Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kowalsky

Institut für Physik der kondensierten Materie

  • Prof. Dr. Peter Lemmens