Mikrofluidische Herstellung janusförmiger Aktuatoren auf Basis flüssigkristalliner Elastomere

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf Zentel
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251402731

Dieses Projekt basiert auf Arbeiten der letzten 5 Jahre (teilweise gefördert durch Ze 230/19, 1 Stelle), in denen es uns erstmalig gelungen ist, mikrometergroße Partikel aus flüssigkristallinen Elastomeren (LCE) mithilfe eines mikrofluidischen Aufbaus herzustellen. Diese Partikel können auf einen externen Stimulus (z. B. Temperatur) hin ihre Form ändern. Dabei gelang es Mikroaktoren aus verschiedenen flüssigkristallinen Materialien mit unterschiedlichen Geometrien (Partikel, Fasern) herzustellen und Details der Partikelbildung und Orientierungsprozesse zu klären. Besonders interessant ist es, dass es gelingt, durch Variation des Scherflusses Partikel mit unterschiedlichen Direktorfeldern (bipolar oder konzentrisch) herzustellen, die sich deshalb bei der Phasenumwandlung direkt entgegengesetzt verhalten, also sich entweder ausdehnen oder zusammenziehen. Erwähnenswert ist auch die erstmalige Herstellung von Kern-Schale Systemen, die den flüssigen Inhalt durch Aktuation der Elastomer-Schale reversibel in eine Kanüle pumpen können.Ausgehend von diesen Erfahrungen mit mikrofluidisch hergestellten LC-Elastomer Aktuatoren wollen wir mit dem hier beantragten Forschungsprojekt die Komplexität der Aktuatoren weiter erhöhen. Zu diesem Zweck wollen wir die Symmertrie der Aktuatoren erniedrigen in dem wir zu Janus-Partikeln übergehen. Bei den bisherigen Partikeln erfolgt die Längenzunahme symmetrisch nach beiden Seiten. Durch Fixierung eines zweiten, nicht aktuierenden Partikels (also durch die Erzeugung einer janusartigen Struktur) wäre es dagegen möglich eine unsymmetrische, einseitige Deformation zu realisieren und damit bei einer Ausdehnung im Idealfall eine gerichtete Bewegung zu erreichen (die resultierenden Objekte werden im englischen als swimmer bezeichnet.). Das längerfristige Ziel soll es dann sein, beide Hälften der janusartigen Struktur aus aktuierenden Materialien, die über unterschiedliche Stimuli wie Temperatur oder Licht adressiert werden können, zu gestalten. Die Realisierung dieses Konzeptes erfordert 3 Schritte: Zuerst ist ein (1) geeigneter mikrofluidischer Aufbau zu realisieren, dann (2) kommt es darauf an zwei nicht (oder nur schlecht) mischbare Polymermaterialsysteme zu etablieren (zwischen Erzeugung und Vernetzung sind beide Hälften der janusartigen Struktur in engem Kontakt und eine Mischung der Komponenten muss verhindert werden) und zuletzt (3) soll eine photochemisch adressierbare Komponente erzeugt werden, die unter den Rahmenbedingungen des mikrofluidischen Prozesses handhabbar ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen