• DOI:10.5445/IR/200056094
• Corpus ID: 194452324

Formgedächtnis-Mikroventile mit hoher Energiedichte

@inproceedings{Liu2003FormgedchtnisMikroventileMH,
  title={Formged{\"a}chtnis-Mikroventile mit hoher Energiedichte},
  author={Yong Liu and Manfred Kohl},
  year={2003}
}

• Yong Liu, M. Kohl
• Published 2003
• Physics

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von
Formgedachtnis-Mikroventilen und daraus aufgebauter
Durchflussregler fur mikrofluidische Anwendungen. Ein erklartes
Ziel war die Bereitstellung einer hohen Energiedichte, um
moglichst kompakte Bauelemente mit grosem Arbeitsvermogen zu
realisieren. Von den bekannten Energiewandlungsprinzipien zeigt
der Formgedachtnis- (FG-) Effekt die hochste Energiedichte.
Daher liegt der Schwerpunkt der Arbeit in der Entwicklung
mikrosystemtechnischer Losungen zur Strukturierung,
Kontaktierung und Integration verfugbarer Folien und
Dunnschichten aus Formgedachtnislegierungen (FGL).
Zur Mikrostrukturierung von FGL-Dunnschichten wurde in dieser
Arbeit ein neuartiges nasschemisches Photoatzverfahren
entwickelt. Dabei wurde eine zusatzliche chemisch inerte, jedoch
selektiv atzbare Schutzschicht, die gleichzeitig als Atzmaske
dient, eingefuhrt. Das Verfahren erlaubt eine kostengunstige
parallele Herstellung sehr empfindlicher, dunner Mikrostrukturen
mit hoher Ausbeute bis zu 100%. Die Anwendung wurde sowohl an
Legierungen basierend auf NiTi (NiTi, NiTiPd, NiTiCu, ...) als
auch an NiMnGa-Legierungen demonstriert.
Verschiedene elektrische Kontaktierungsverfahren fur den
FGL-Mikroaktor wurden hinsichtlich Verlustleistung und
Zuverlassigkeit untersucht. Fur den hier verwendeten
FGL-Mikroaktor hat sich das Laserschweisen bewahrt. Fur den
mechanischen Aufbau der auf thermoplastischen Polymeren
bestehenden Gehause, den FGL-Mikroaktor und andere Komponenten
wurden die Klebetechniken wie Kapillarkleben und
Stempelverfahren eingesetzt.
Die in dieser Arbeit entwickelten FGL-Mikroventile sind fur den
Betrieb mit Gas und mit Flussigkeit geeignet. Fur verschiedene
Temperaturbereiche wurden zwei unterschiedliche Losungen
entwickelt. Fur Raumtemperaturbetrieb wurde eine NiTi-Folie und
fur den Betrieb uber 100°C eine NiTiPd-Dunnschicht eingesetzt.
Das NiTi-Mikroventil kann bis zu einer maximalen Druckdifferenz
von 400 kPa mit einer Leistung von 75 mW mit Gas betrieben
werden. Fur den Betrieb mit Wasser betragen die maximale
Druckdifferenz und die benotige Leistung ca. 300 kPa bzw. 75 mW.
Die maximale Schaltfrequenz ist ca. 15 Hz. Durch den Einsatz von
NiTiPd wurde der Anwendungstemperaturbereich des
FGL-Mikroventils erstmalig bis 120 °C erweitert. Dabei wird eine
maximale Schaltfrequenz von 30 Hz erreicht.
Um einen Durchfluss-Regler zu realisieren, wurde das
FGL-Mikroventil sowohl modular als auch durch Hybridintegration
mit einem Durchflusssensor kombiniert. Fur die modulare Losung
wurde ein neuartiges, aus drei Funktionsebenen bestehendes
Konzept entwickelt. Auf diese Weise kann eine grose Flexibilitat
des Systemdesigns erreicht werden. Das hybrid integrierte System
erlaubt eine weitere Verringerung des Totvolumens und eine
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