Gasphasensynthese, Transport und paralleles Drucken geladener Nanopartikel; Fundamentale Untersuchungen und Verwendung neuartiger elektrodynamischer Nanolinsen zum gerichteten Materialtransport

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Jacobs; Dr. Jörg Pezoldt
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450218497

Hintergrund: Dieser Forschungsantrag verbindet die Aerosolwissenschaft mit der Synthese von Nanopartikeln und dem lokalisierten Abscheiden/Drucken von Nanopartikeln. In einer Vorstudie haben wir einen Abscheidemechanismus entdeckt, welcher die lokalisierte Abscheidung von Nanopartikeln mit hohen Raten ermöglicht. Stark vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei diesem Prozess um einen elektrodynamischen, durch Coulomb-Kraft gerichteten Transportprozess, welcher mit geladenen dielektrischen Linsenstrukturen kombiniert wird. Vorläufige Ergebnisse: In einer ersten Publikation in Nature Communications konnten wir zeigen, dass der Abscheideprozess von Partikeln um mehrere Größenordnungen schneller ist als der üblicherweise verwendete reine Diffusionstransport. Trotz der Tatsache, dass der Prozess nur unzureichend verstanden wird, folgten mehrere unmittelbare Anwendungen. In einer Publikation mit dem Titel "Localized Collection of Airborne Analytes" wurde die erhöhte Abscheiderate beispielsweise zum Nachweis von Molekülen aus der Gasphase angewandt. In einer späteren Veröffentlichung mit dem Titel "Active Matrix Based Collection of Airborne Analytes " wird die Idee eines Chips zur Aufzeichnung von Analyten diskutiert. In jüngster Zeit und in einem anderen Versuch wurden metallische und halbleitende Nanopartikel lokalisiert und mit hohen Raten abgeschieden, wodurch freistehende, elektrisch leitfähige Punkt-zu-Punkt-Nanodrahtbrücken entstehen.Vorgeschlagene Forschung: Für die Zukunft schlagen wir eine strukturierte und grundlagenorientierte Studie vor, um ein besseres Verständnis des zugrunde liegenden Prozesses zu erhalten. Der Prozess basiert auf dem Zusammenspiel zwischen schnell beweglichen Gasionen, Nanopartikeln in einem Trägergas und dielektrischen Linsenstrukturen, welche mit einem elektrisch leitfähigen Substrat verbunden sind. Dieses Zusammenspiel führt zu einer lokalisierten Abscheidung der Nanopartikel. Zukünftig sollen die statischen, dielektrischen Linsen nicht mehr an das Substrat gebunden sein. Stattdessen werden sie durch ein dynamisches Linsenarray ersetzt, das über die Oberfläche gefahren werden kann. Dies sollte die Bildung beweglicher Trichter/Filamente ermöglichen, um die Nanopartikel mit hohen Raten zu vordefinierten Punkten auf einer Oberfläche zu führen. Um Zugang zu den relevanten Prozessparametern (Gasionen-Konzentration, Partikelanzahlkonzentration, lokaler Gasfluss, Ionen-Dissipationsstrom und Potentialprofil) zu erhalten, beabsichtigen wir die Installation einer experimentellen Plattform. Mit der erdachten Plattform und der geplanten Studie sollen die Auswirkung der Gasionen-Konzentration auf den Fokus (AP1), der Einfluss der physikalischen Dimensionen einzelner Linsenelemente (AP2) und der Übergang zu einem programmierbaren Linsenarray (AP3) untersucht werden. Gegen Ende des Projekts werden die Integration der gewonnenen Erkenntnisse und die Implementierung eines Multimaterial Quellmoduls (AP4) vorgeschlagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen