Aktorische und sensorische multifunktionale Nanomembranen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Otto; Professor Dr. Oliver G. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195215523

Freistehende Nanomembranen stellen neuartige Strukturen mit einzigartigen Eigenschaften dar. In der 1. Phase der Forschergruppe 1713 konnte bereits das große Potential für deren sensorische Anwendungen gezeigt werden. Im nächsten Schritt sollen nun die sensorischen Funktionalitäten erweitert und mit aktorischen Funktionen verknüpft werden. Durch die Verknüpfung sensorischer und aktorischer Funktionalität mit integrierbaren dreidimensionalen Nanomembranen soll damit eine neue Klasse smarter und in letzter Konsequenz intelligent agierender Nanostrukturen entstehen. Zur Bildung dreidimensionaler Architekturen aus zweidimensionalen Nanomembranen wurden bisher intrinsisch differentiell verspannte Dünnschichten verwendet. Durch die Integration aktorischer Schichten (piezoelektrische Dünnschichten, elektroaktive Polymere, photoaktive Polymere) soll diese Transformation zwischen zwei- und dreidimensionalem Zustand steuerbar werden. Dabei sollen zuerst externe Stimuli wie elektrische, thermische oder optische Impulse die Transformation initiieren. Darauf folgend soll zudem eine direkte Sensor-Aktorkopplung eine autonome Reaktion der Nanostrukturen ermöglichen.Durch die Integration von Elektrodenstrukturen in aufgerollte Nanomembranen ist es möglich, auf einfache Weise mehrere aktorische und sensorische Funktionen in ein und dasselbe Röhrchen zu integrieren (Abb. 1.a). Diese umfassen unter anderem den elektroosmotisch gesteuerten Flüssigkeitstransport, die elektrochemische Analyse sowie die elektrische und thermische Beeinflussung des umschlossenen Mediums. Ein wichtiger Aspekt für eine effiziente on-Chip Sensorplattform ist die Möglichkeit optische Sensoren bei gleichbleibender beziehungsweise verbesserter Signalqualität parallel Auslesen und Ansteuern zu können. Indem man Wellenleiter in das System integriert, wie in Abb. 1.b gezeigt, können nicht nur mehrere Sensoren parallel angesprochen werden, sondern es besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Lichtquelle zum Anregen des Sensors und eine Ausleseoptik auf dem Chip zu integrieren.Projektziele:Herstellung multifunktionaler dreidimensionaler Mikro- und Nanoarchitekturen aus zweidimensionalen Nanomembranen.Integration aktorischer und sensorischer Funktionalitäten.Verbesserung der optischen Informationsübertragung durch Integration von effektiven Wellenleitern.Aufbau mehrlagiger Chip-Systeme.Gesteuerte bzw. autonome Transformation zwischen drei- und zweidimensionaler Konfigurationen durch Integration aktorischer Schichten/SchichtstapelFlüssigkeitstransport mittels dreidimensionaler Elektrodenarrays Thermische Kontrolle und Beeinflussung umschlossener Volumina mit kurzen Zykluszeiten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1713: Sensorische Mikro- und Nanosysteme