Mikrostrukturierte Katalysatoren und Sensoren auf Basis von Polymer-abgeleiteten Keramiken

• Antragsteller: Professor Dr. Aleksander Gurlo; Professor Ralf Riedel, seit 11/2015
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280588859

Polymerabgeleitete Keramiken (Polymer-Derived Ceramics, PDCs) stellen eine relativ neue Materialklasse dar, die mittels Festkörperpyrolyse geeigneter Polymere hergestellt werden können. Aufgrund der Tatsache, dass hierzu Polymere als Startmaterialien benutzt werden, gibt es zahlreiche und sehr gut entwickelte Formgebungsmöglichkeiten, die zur Prozessierung der PDCs als Monolithe, Beschichtungen, Faser oder Mikrokomponente herangezogen werden können. Aufgrund der Kombination von kovalenten Bindungen und amorpher Mikrostruktur weisen sie außergewöhnliche Eigenschaften auf. Ternäre SiOC Gläser zeigen beispielsweise hervorragende Hochtemperatur¬eigenschaften (T > 1000 °C) wie Beständigkeit gegen Kristallisation und Zersetzung gegen Oxidation und Korrosion sowie eine exzellente Kriechfestigkeit.Im vorliegenden Antrag wird eine systematische Machbarkeitsstudie zum Einsatz von polymerabgeleiteten Keramiken als mikrostrukturierten Komponenten in MEMS-basierten Messelementen durchgeführt. Hierzu werden polymerabgeleitete keramische Systeme mit katalytischen und sensorischen Eigenschaften (SiOC/MOx, SiCN/M(N), und SiCN/MSix; M = Übergangsmetall) hergestellt und hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit/Mikrostrukturierbarkeit mittels Fotolithographie untersucht. Ein Schwerpunkt dieses Projektes wird somit die Auswahl geeigneter Precursoren sein, die mittels UV-Fotolithographie mikrostrukturiert und anschließend einer Vernetzung und einer Pyrolyse unterzogen werden, um keramische Mikrokomponenten zu erhalten. Die Integration solcher keramischer Mikrokomponenten in Mikro-Messelementen für Katalyse- und Sensorik-Anwendungen wird einen weiteren Schwerpunkt der Arbeiten im Rahmen des vorliegenden Projektes darstellen. Vier Modell-Konfigurationen (Mikrostrukturen) wurden hierzu definiert: mikrostrukturierte katalytische Arrays, Pellistoren, Chemiresistoren, sowie mit einem integrierten katalytischen Filter versehenen Chemiresistoren. Die Technologie, die im Rahmen dieses Projektes entwickelt wird, stellt einen neuartigen Zugang zu MEMS-basierten Messelementen für Anwendungen bei hohen Temperaturen und unter harschen Umgebungsbedingungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Emanuel Ionescu, bis 11/2015