HANDOUT. Vorlesung: Pulvertechnologie. Mikroformgebungs- und Mikrostrukturierungsverfahren

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Emilia Bach
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1 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Pulvertechnologie Mikroformgebungs- und Mikrostrukturierungsverfahren Leitsatz: und Micromanufacturing is the bridge between nano- and macromanufacturing. There is an increasing demand for miniaturized products such as microsystems, microreactors, fuel cells, and micromedical devices. Micromanufacturing involves techniques such as photolithography, chemical etching, plating, LIGA, and laser ablation. It also involves nonsilicon applications through mechanical fabrication methods such as micromechanical cutting, microembossing, injection molding, and microextrusion. It has been realized that no single process can satisfy the increasing demand for miniaturized components and devices. Quelle: PT-18a, S. 243

2 Pulvertechnologie Mikroformgebungs- und Mikrostrukturierungsverfahren Ziele Mikroformgebungs- und Mikrostrukturierungsverfahren hinsichtlich grundlegender Verfahrensprinzipien und konstruktiver, physikalischer, chemischer und physiko-chemischer Einflussparameter herleiten, bewerten und fallspezifisch anwenden können ð Mikroformgebungs- und Strukturierungsverfahren einteilen können ð Ausgewählte Mikroformgebungsverfahren beschreiben und fallspezifisch anwenden können ð Grundlagen des Laser-Direktschreibverfahrens herleiten können ð Mikroextrusion und Mikrogießen mechanistisch beschreiben können Inhalte Verfahren Übersicht Subtraktive, additive, massegebundene Verfahren, Mikrofügen Mikroformen Konstruktion, Nanoplastische Formgebung (NPF), NPF-CRI Mikroextrusion Prozessparameter, Werkzeugbau, Beispiele Direktes Laserschreiben (LDW) 2D/3D Photonenprozess, Templatgeometrien, Anwendungen Mikrogießen Replica-Gießen (REM), Transfer-Gießen (µtm), MIMIC, Beispiele

3 Lerntafel 1 Verfahren Übersicht Einteilung der Mikroformgebungsverfahren: LBMM= Laser Beam Micromaching; EBMM=Electron Beam Micromachining; EDMM=Electric Discharge Micromachining; ECMM=Electrochemical Mircromachining; USMM=Ultrasonic Micromachining; AJMM =Abrasive Jet Micromachining; CVD=Chemical Vapor Deposition; PVD=Physical Vapor Deposition [PT-18a, S. 6] Skalierung keramischer Produkte von der Makro- zur Nanoskala [PT-18a, S. 42]

4 Lerntafel 2 Mikroformen Nanoformgebung von polymeren Templaten [PT-18a, S. 246] Typische Diamantwerkzeuge: Messerspitzenwerkzeug (a), Multidornwerkzeug (b), Linien- und Lückenwerkzeug (c), Punkt-Werkzeug (d), T-Typ-Werkzeug (e), nanostrukturiertes Templat [PT-18a, S. 246] Nano Plastic Forming (NPF): Aufbau [PT-18a, S. 247]

5 Beispiele von Mikro- und Nanostrukturen, erzeugt mittels NPF: (a) Linienstrukturen, (b) Stempelstrukturen, (c) quadratische Lochstrukturen, (d) Mauerstein ähnliche Strukturen [PT-18a, S. 246] Schematische Darstellung des NPF-CRI-Verfahrens: (a) nano plastic forming, (b) Nickelbeschichtung, (c) Nickel-Form (d) roller imprinting, und (e) Endprodukt [PT-18a, S. 248] Lerntafel 3 Mikroextrusion

6 Schema der maßhaltigen ( constrained ) Mehrfachloch-Extrusion [PT-18a, S. 276] Lerntafel 4 Direktes Laserschreiben Funktionsprinzip des Laser Direct Writing (LDW) [PT-19a, S. 10] (1/2)

7 Funktionsprinzip des Laser Direct Writing (LDW) [PT-19a, S. 10] (2/2) REM Topographie mit unterschiedlicher Vergrößerung eines Lochmusters, erzeugt mittels LDW auf einem 40 nm dicken Ti-Film, Lochdurchmesser 40 nm [PT-19a, S. 8] LDW Prozess zur Herstellung Photonischer Kristalle [J. Appl. Phys. 102, ]

8 Lerntafel 5 Mikrogießen PDMS-Stempel-Herstellung [PT-18a, S. 330] Fehlerbildungen bei der PDMS-Stempel-Herstellung [PT-18a, S. 331] Schematische Darstellung des Replica-Molding (REM) (a) und des Mikro- Transfer-Molding-Prozesses (µtm) (b) [PT-18a, S. 332]

9 Schematische Darstellung des MIMIC-Prozesses (MIMIC = Micro Injection Molding in Caplillaries) [PT-18a, S. 333] Beispiele von MIMIC-Mikrostrukturen (MIMIC = Micro Injection Molding in Caplillaries) [PT-18a, S. 333] Vergleich von konventionellem Lithographie-Verfahren und direkter Mikroformgebung [PT-18a, S. 333]

10 Schematische Darstellung von (a) Strukturierung eines rgo films mittels MIMIC und Reduktion der strukturierten GO Geometrien zu Graphen-Linien. (b) Grenzfläche zwischen einer PC12-Zelle und rgo FET. (c) Echtzeit-Antwort eines rgo FET auf die vesikulare Sekretion von Catecholaminen aus PC12- Zellen, stimuliert mittels Lösungen hoher K+-Konzentrationen [PT-18a, S. 339]

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