Erzeugung von Aerosolen aus Fluiddünnschichten durch akustische Oberflächenwellen

• Antragsteller: Dr. Andreas Winkler
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240565675

Dieses Vorhaben betrifft die weiterführende Erforschung der physikalischen Grundlagen der Aerosolerzeugung aus dünnen Fluidfilmen durch Wechselwirkung mit akustischen Oberflächenwellen (engl. Surface Acoustic Waves, SAW), welche mit Hilfe von Interdigitalwandlern (engl. Interdigital Transducer, IDT) auf piezoelektrischen Substraten angeregt werden. Der Schwerpunkt des Vorhabens ist die experimentelle und theoretische Untersuchung von Wechselwirkungsprozessen zwischen SAW und einem außerhalb der Apertur der IDT befindlichen Fluidvolumen, z.B. die Ausbildung einer Fluiddünnschicht, deren laterale Translation in Richtung der IDT-Apertur und die Bildung von Aerosoltropfen aus der Fluiddünnschicht. Dabei stellen sowohl die Eigenschaften der Fluiddünnschicht als auch die des Aerosols die wichtigsten Zielgrößen dar, deren Abhängigkeiten von den Materialparametern (z.B. der Viskosität) und den experimentellen Randbedingungen (z.B. dem akustischen Wellenfeld) der SAW untersucht werden sollen. Die hierfür bereits entwickelten Modellansätze sollen für eine neue, vielversprechende Fluidzufuhrvariante und die Verwendung stehender Wellenfelder evaluiert und erweitert werden. Darüber hinaus sollen neue Modellansätze für das Einsetzen der Fluiddünnschichttranslation und der Aerosolbildung, sowie für die Temperaturentwicklung in der Zerstäubungszone formuliert werden.Die vom Antragsteller in Vorversuchen evaluierte Fluidzufuhr über außerhalb der IDT-Apertur positionierte Glaskapillare oder Mikrokanäle dient dabei als experimentelle Basis. Sie erhöht in hohem Maße die Prozesskontrolle und Reproduzierbarkeit, optimiert die Tropfengrößenverteilung und vereinfacht die mathematische Beschreibung der komplexen, nichtlinearen Wechselwirkung zwischen SAW und Fluiden bei der Aerosolbildung durch die räumliche Separation von Fluidzufuhr und Zerstäubungszone. Darüber hinaus ermöglicht sie eine zuverlässigere, technische Nutzung und zukünftige Integration in Bauelemente und tragbare Geräte der Medizintechnik oder Biotechnologien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Siegfried Menzel; Dr. Hagen Schmidt