Push, push, push - Kooperative Aktuatoren und Aktuatorfelder über Direktschreibprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Rühe
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424615605

Die Zwei-Photonen-Vernetzung (2PC) auf Basis von C,H-Insertionsreaktionen ermöglicht die Erzeugung von Mikroaktuatoren aus magnetischen Verbundwerkstoffen durch einen maskenlosen Direktschreibeprozess. Dazu werden Copolymere eingesetzt, bei denen 2-Photonen-Chromophore, wie beispielsweise entsprechend substituierte Anthrachinongruppen, eingebaut und mit Hilfe von 2-Photonen-Verfahren vernetzt werden. Dieser Vernetzungsprozess findet im glasartigen Zustand der Polymeren statt. Nach Abschluss des Schreibvorgangs werden alle unvernetzten Polymermoleküle ausgewaschen und die Mikrostrukturen entwickelt. Werden Nanopartikel vor der Abscheidung der Schicht in die Präpolymere eingemischt, können dreidimensionale mikrostrukturierte Nanokomposite in einem einstufigen Prozess direkt gewonnen werden. So können mit Hilfe dieses maskenlosen Schreibprozesses freitragende magnetisch aktuierbare Mikrostrukturen in nahezu jeder Form dreidimensional geschrieben werden. In dem vorgeschlagenen Projekt werden kooperative magnetisch aktuierbare Strukturen wie z.B. Flimmerflächen für Mikromischer oder Mikropumpen oder Aktuatorenfelder erzeugt, die metachronale Wellen erzeugen. Durch Variation der Strukturen können Aktuatorenfelder mit definierten Eigenschaften oder Aktuatoren, die kooperativ agieren können, erzeugt werden. Größere Strukturen können mit den gleichen Polymeren, aber durch ein herkömmliches photochemisches Verfahren und/oder 3D-Druck erzeugt werden.Darüber hinaus wird untersucht, inwieweit Mikroaktuatoren durch das Schreiben von Netzwerkstrukturen in Multilagen erzeugt werden können, in denen die Aktuatoren auf unterschiedliche Reize reagieren. Dazu werden aus verschiedenen Materialien mehrschichtige Systeme erzeugt und nach der Trocknung im Zwei-Photonen-Verfahren glasartig vernetzt, so dass die einzelnen Strukturkomponenten kovalent miteinander verbunden sind. Auf diese Weise entstehen Aktuatoren, bei denen Teile der Strukturen entweder allmählich beeinflusst oder durch einen äußeren Reiz, zum Beispiel Licht oder Feuchtigkeit, ein- und ausgeschaltet werden können. So können Mikroaktuatoren erzeugt werden, die eine intrinsische Abtastung und eine autonome Reaktion auf Veränderungen in der Umgebung ermöglichen. Werden diese multireaktiven Aktuatoren geschickt kombiniert, sollte ein mehrstufiges Aktuatorensystem erreichbar sein, bei dem die jeweilige Stufe durch einen externen Reiz erreicht wird. Andererseits könnten bei Blick auf Aktuatorenfelder die einzelnen Teile der Cilienfelder durch den äußeren Reiz ein- und ausgeschaltet werden, um neuartige kooperative Phänomene zu untersuchen.Im Rahmen des geplanten Projekts wird auch untersucht, wie mit der neu entwickelten Methode bi- und multistabile Strukturen erzeugt werden können. Für bi-stabile Strukturen müssen Stellglieder so konzipiert sein, dass das System durch einen einfachen "Snap Through"-Mechanismus von einem stabilen Zustand in einen anderen übergehen kann oder andere Instabilitäten aufweist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2206: Kooperative mehrstufige multistabile Mikroaktorsysteme (KOMMMA)
• Mitverantwortlich: Dr. Oswald Prucker