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SPP 1164:  Nano- und Mikrofluidik: Von der molekularen Bewegung zur kontinuierlichen Strömung

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung von 2004 bis 2010
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5472059
 
Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat sich die Mikro- und Nanotechnologie zu einem bedeutenden Industriezweig entwickelt. Diese Entwicklung wurde unterstützt durch die Förderung von Herstellungstechniken kleinster mechanischer Strukturen bis hin zu komplexen mechanischen Komponenten. In all diesen Mikro- und Nanostrukturen werden Fluide transportiert. Dem eigentlichen Transport von fluiden Medien wurde bisher jedoch wenig Aufmerksamkeit zuteil, obwohl die Strömung auf sehr kleinen Skalen nicht mehr zuverlässig mit Hilfe der üblichen Kontinuumsgleichungen beschrieben werden kann. Innerhalb kleinster Systeme werden physikalische Effekte dominant, die auf der Makroskala normalerweise zu vernachlässigen sind. Die Skalen, auf denen die molekulare Struktur eines Fluids zum Tragen kommt, sind in den meisten Fällen noch weit von den Dimensionen entfernt, die mit echten Partikelmodellen berechnet werden können. Auf den intermediären Skalen von 10-1000 nm besteht sogar eine echte Lücke, für die noch keine adäquaten Modelle und numerischen Methoden zur Verfügung stehen.
In diesem Schwerpunkt soll eine fächerübergreifende Anstrengung unternommen werden, um diese Lücke zu schließen. Aufgerufen zur Antragstellung sind deshalb grundlagenwissenschaftlich ausgerichtete Arbeitsgruppen aus der Physik, den Ingenieurwissenschaften, der Chemie, der Biologie und der Medizintechnik. Dabei wird disziplinübergreifenden Projekten eine besondere Priorität eingeräumt.
Innerhalb des Schwerpunkts soll insbesondere folgenden Fragestellungen nachgegangen werden:
-- Wie wird die Strömung auf kleinsten Skalen durch die Nähe von festen oder deformierbaren Wänden beeinflusst?
-- Wie beeinflusst eine Strömung weiche Objekte (z.B. Zellen) und wie verhalten sich weiche Objekte in einer Strömung mit eingeschränkter Geometrie?
-- Wie werden Transportprozesse in der Nähe von Flüssigkeits/Gas-Phasengrenzen modifiziert?
-- Bis zu welchen Längenskalen reichen die Mikro-Effekte?
-- Wie können Mikro- und Nanoströmungen extern gesteuert werden?
Die Präparation der für experimentelle Untersuchungen erforderlichen Geometrien und Komponenten soll durch Partnerinstitute erfolgen. Herstellungstechniken selbst sind nicht Forschungsgegenstand. Auch soll keine reine Technologie-Entwicklung betrieben werden. Ziel ist vielmehr die grundlegende Erforschung der kollektiven Transportphänomene auf der Mikro- und Nanoskala, deren Kenntnis in die Entwicklung der entsprechenden Technologien einfließen soll.
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