Dreidimensionales Mikrodrucken von Metallen auf der Basis der kontrollierten Entfernung von selbstassemblierten Monolagen

• Antragsteller: Dr. Yanzhen Zhang
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Verfahrenstechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 369447220

Die Entwicklung mikro-elektromechanischer Systeme (MEMS), optischer Präzisionssysteme, Mikroanalysesysteme und anderer ähnlicher Systeme führt zu einem erhöhten Bedarf an Methoden für die Herstellung metallischer Mikro- und Nanostrukturen. Gegenwärtig wird das 3D-Drucken von Metallen durch thermische Verfahren wie selektives Laser-Sintern (SLS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) oder Verfahren mit flüssigen Metalltröpfen realisiert. Diese thermischen Verfahren beinhalten das Schmelzen und Erstarren von metallischen Materialien, was immer zu vielen Defekten in den erhaltenen Metallstrukturen führt (Grobe Körner, Lokaler Stress, Existenz von Mikrolöchern und -rissen). Diese Defekte bedingen schlechte mechanische Eigenschaften der Komponenten und behindern deren industrielle Anwendung. Außerdem sind diese Techniken für die Herstellung von Mikrobauteilen ungeeignet.Dieser Antrag verfolgt einen einzigartigen Ansatz für das dreidimensionale (3D) Mikrodrucken von Metallen, der auf der kontrollierten Entfernung von selbstassemblierten Monolagen (SAMs) und galvanischer Abscheidung beruht. Der Umstand, der bisher eine Anwendung der Elektroabscheidung von metallen für 3D-Metalldrucken verhindert, besteht in der Unfähigkeit einer zeitlichen und ortsselektiven Kontrolle der galvanischen Metallabscheidung, ein Problem, das in diesem Projekt gelöst werden soll. Isolierende SAM, die die Elektroabscheidung verhindern können, werden als Masken genutzt werden. Ein Mikromeniskus oder ein fokussierter Lichtstrahl wird genutzt, um die SAM ortsselektiv zu entfernen und in-situ die galvanische Abscheidung auszulösen. Wenn die Beleuchtung abgeschaltet wird, bildet sich die SAM neu und beendet die Metallabscheidung. Die wichtigsten Projektziele sind:1) Die Entwicklung eines experimentellen Aufbaus, der eine elektrochemische Zelle mit einem Mikomeniskus oder einem fokusierten Lichtstrahl verbindet;2) Die Aufdeckung der Mechanismen für die ortsselektive Entfernung der SAM in einem Mikromeniskus oder unter lokaler Beleuchtung;3) Aufklärung des Mechanismus des Ionentransfers an Flüssig-flüssig-Grenzflächen, wenn der Mikromeniskus zur Ablösung der SAM genutzt wird;4) Entwicklung einer neuer 3D-Mikrodrucktechnik für Metalle, die auf der lokalen und temporären Entfernung einer SAM mit einem Meniskus oder einem Lichtstrahl beruht sowie der Nachweis der Fähigkeit zur Herstellung von Mikrokomponenten mit bisher unbekannter Effizienz. Im Vergleich zu Verfahren mit Wärmeintrag, stellt die galvanische Abscheidung ein Verfahren mit geringem Wärmeeintrag dar, das die Herstellung defektarmer Komponenten in dem Druckverfahren erwarten lässt. Durch Forschung soll die theoretische und praktische Basis für die Erfindung einer neuen 3D-Mikrodrucktechnologie für Metalle gelegt werden, die eine breite Anwendungsperspektive in der Wissenschaft und in der Industrie aufweist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Blake Johnson; Professor Dr. Christoph Lienau, Ph.D.; Professor Dr. Gunther Wittstock