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Polymerbasierte Funktionskomposite

In der Mikrosystemtechnik sind neben Silizium Kunststoffe (Polymere), Metalle und Keramiken als Werkstoffe für Bauteile und Produkte etabliert. Für die Realisierung und kostengünstige Fertigung von mikrotechnischen Produkten müssen geeignete Materialien folgende generelle Kriterien erfüllen:

 

  • gute Verfügbarkeit
  • reproduzierbare Werkstoffqualität
  • akzeptabler Preis
  • gute Mikrostrukturierbarkeit
  • einfache Prozessierbarkeit und Handling
     

Zusätzlich müssen die individuellen physikalischen Eigenschaften, welche den Anwendungszweck und den Anwendungsbereich definieren, berücksichtigt werden. In den seltensten Fällen werden alle Kriterien gleichzeitig erfüllt, so dass beim Design und der Auslegung eines mikrotechnischen Bauteils Kompromisse entweder bei den gewünschten physikalischen Eigenschaften oder bei der Prozessierbarkeit gemacht werden müssen. Die Verwendung von kommerziell erhältlichen Werkstoffen erlaubt nur selten eine gleichzeitige optimale Einstellung mehrerer physikalischer Eigenschaften, wie thermische Ausdehnung, elektrische Leitfähigkeit oder optischer Brechungsindex, so dass die Realisierung komplexer Eigenschaftsprofile häufig die Entwicklung spezieller Werkstoffe erforderlich macht. Einen Lösungsansatz hierfür stellt die Verwendung von Kompositmaterialien dar. Diese bestehen aus mindestens zwei unterschiedlichen Komponenten, welche physikalisch getrennt in einem Materialverbund vorliegen. Bei geschickter Wahl der Einzelkomponenten ist eine Kombination der jeweils günstigsten Einzeleigenschaften möglich, so dass ein Maßschneidern von physikalischen Kompositeigenschaften in gewissen Grenzen realisiert werden kann.
Speziell die Verwendung von nanoskaligen anorganischen und organischen Füll- und Dotierstoffen erlaubt das Maßschneidern der physikalischen Eigenschaften von polymerbasierten Funktionskompositen. Derzeit konzentrieren sich die Forschungsarbeiten auf folgende Eigenschaftsänderungen:
 

  • Fließeigenschaften
  • Optische Eigenschaften (Brechungsindex, Transmission, Fluoreszens im Vis und NIR-Bereich)
  • Dielektrische Eigenschaften (Permittivität und dielektrischer Verlust)
  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Thermomechanische Eigenschaften (thermischer Ausdehnungskoeffizient, Härte, Erweichungstemperatur)
     

Neben der gezielten Eigenschaftsänderung werden die notwendigen Prozesstechnologien zur Realisierung von einfachen Demonstratorbauteilen entwickelt. Dazu gehören:
 

  • Licht- und thermisch induzierte Polymerisation der Polymermatrix
  • Chemische Modifikation der Partikel-Matrix-Grenzfläche
  • Dispergiertechnologie
  • Formgebung

 

Fragen zu diesem Thema richten Sie bitte an Herrn Dr. Steffen Antusch.