ISBN 9783843927017

978-3-8439-2701-7, Reihe Physik

Carina Heisel
Mikrofluidisches Tropfen-Array aktuiert mit Elektrobenetzung

113 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im ersten Teil der hier vorgestellten Arbeit wird ein mikrofluidisches Tropfen-­Array in einem Modul mit 3 × 3 Zellen präsentiert, dessen Tropfen durch Elektrobenetzung angetrieben werden.

In jeder Zelle befindet sich ein transparenter, leitfähiger Wassertropfen, der die Transmission von Licht durch die Zelle ermöglicht, umgeben von opakem, geschwärztem Decan. Jede Zelle misst 1 × 1 mm2 und beinhaltet vier mögliche, quadratisch angeordnete Tropfenpositionen. Alle Tropfen werden synchron bewegt. Die Tropfengeschwindigkeit beträgt bis zu 12 mm/s bei 130 Vrms mit Antwortzeiten um 40 ms. Die minimale Betriebsspannung beträgt 30 Vrms. Horizontale und vertikale Bewegung der Tropfen im aufrecht stehenden Array wird demonstriert. Darüber hinaus ermöglicht eine geringfügige Modifikation des Moduls das Abflachen jedes Tropfens, so dass das opake Decan die Wassertropfen überdeckt und die Zellen opak werden.

Es wird eine Elektrodenstruktur vorgestellt, die die beliebige Skalierung der Anzahl der Zellen des Tropfen-­Arrays ermöglicht. Solche Arrays können z. B. als Blenden-­Array in der Mikrooptik verwendet werden. Das Konzept benötigt keine mechanisch bewegten Teile oder externen Pumpen.

Aufbauend auf den im ersten Teil präsentierten Ergebnissen, werden im zweiten Teil Untersuchungen zur Opto-­Elektrobenetzung mit wellengeleitetem Licht vorgestellt. Durch die Erweiterung des Schichtsystems zur Elektrobenetzung um eine fotoleitfähige Schicht aus hydrogenisiertem amorphem Silizium sollte das System optisch schaltbar gemacht werden. Die zur Wellenleitung benötigten Schichtdicken der Materialien im gewählten Schichtsystem werden durch Simulationen und Messungen bestimmt. Abschließend werden Berechnungen zur möglichen Kontaktwinkeländerung im gewählten Schichtsystem präsentiert. Eine Tropfenbewegung durch Opto-­Elektrobenetzung mit wellengeleitetem Licht auf einem Schichtsystem mit hydrogenisiertem amorphem Silizium und Parylene C als Dielektrikum ist zwar nicht möglich. Aber aus den Untersuchungen ergeben sich Kriterien, nach denen andere Schichtsysteme gewählt werden können.