3DFold - Programmierte Faltung mesoskopischer 3D Objekte durch viskoeelastische Rekonfiguration

• Antragsteller: Dr.-Ing. Robert Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412265813

Aktuelle Techniken zur Herstellung von echten 3D-Strukturen, welche auch Unterschnitte, Hohlformen und verborgene Strukturen enthalten können sind entweder in ihrer Auflösung limitiert oder erreichen keine ausreichende Fertigungsgeschwindigkeit für hohe Stückzahlen. Darüber hinaus sind die vorhandenen Techniken kaum skalenübergreifend und gleichwertig für Strukturgrößen sowohl im Bereich von wenigen 100 Nanometern bis in den Bereich von wenigen 100 Mikrometern verwendbar. Es gibt jedoch Anwendungen, welche eine Technik mit hohem Auflösungsvermögen, skalenübergreifender Nutzung und der Fähigkeit hohe Stückzahlen zu erzeugen benötigen. Dazu zählen sensorische Anwendungen auf Basis von 3D plasmonischen Partikeln, die Erzeugung von intelligenten und eindeutig identifizierbaren 3D-Partikeln für die digitale Mikrofluidik, 3D-Aktoren für die Mikro- und Nano-Softrobotik, Capture-Release-Anwendungen, 3D mikro- und nanoelektronische Systeme sowie Multiplex-Verfahren in der Bio- und Genanalytik unter Nutzung von 3D Partikeln für Suspensions-Array-Techniken. Mit diesem Antrag soll eine neuartige Technologie etabliert und anhand zweier ausgewählter Demonstratoren aus dem Bereich Plasmonik und dem Bereich Partikeltransport deren Nutzbarkeit demonstriert werden. Dieser Antrag beschäftigt sich mit der sogenannten Origami-Strukturerzeugung, d.h. der Selbstfaltung von 3-dimensionalen Objekten ausgehen von einer planaren 2-dimensionalen Struktur entsprechend einer vorgegebenen Systematik und ausgelöst durch einen äußeren Reiz. Die Innovation dieses Antrages liegt in der Nutzung von thermoplastischen Aktoren als Antrieb der Faltung sowie der gezielten und technologisch effizienten Einstellbarkeit der Aktivierungstemperatur der beteiligten Aktoren. Durch einen thermischen Reiz (geringfügige Überschreitung der Glasübergangstemperatur) werden Kapillarkräfte durch die Aktoren erzeugt, welche planare Strukturen durch Rotationsbewegungen in 3D-Objekte transformieren. Die Vorteile des hier vorgeschlagenen Verfahrens sind die sehr gute Kontrollierbarkeit und Steuerbarkeit des Erweichens der thermoplastischen Materialien, die skalenübergreifende Nutzung dieser Technik sowie die sehr große Materialvielfalt für die 3D-Objekte von Polymeren über Halbleiter und Metalle bis hin zu magnetischen Materialien. Während der Strukturtransformation, oder auch Rekonfiguration, können beispielsweise Partikel eingefangen werden. Weiterhin können die 3D-Objekte mit einem Identifikationscode auf plasmonischer Basis versehen werden und sind so als Einzelpartikel eindeutig erkennbar. Beides wird in diesem Antrag nachgewiesen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen