Kopplungseffekte in umprogrammierbaren Mikro-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Kohl; Professor Dr. Jürgen Rühe; Dr. Frank Wendler
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424640085

Das Projekt beschreibt einen Ansatz zur Entwicklung neuartiger umprogrammierbarer Mikro-Materialien, die sich selbst reversibel von einer flachen Form in eine dreidimensionale (3D) Form falten, die Form ohne Stromverbrauch beibehalten und sich bei Bedarf in eine umprogrammierbare alternative 3D-Form falten. Das Projekt basiert auf einem Vorläuferprojekt, in dem die Machbarkeit umprogrammierbarer Materialien auf der mm-Längenskala auf der Basis kooperativer Mikro-Gelenkaktoren aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) unter Anwendung mikrotechnischer Verfahren demonstriert wurde. Das aktuelle Projekt zielt (1) auf eine erhebliche Vergrößerung der maximalen reversiblen Faltungswinkel, die besonders vom Design antagonistischer FGL- Mikro-Gelenkaktoren abhängen, (2) die Erweiterung der Mikrotechnologien zur zeitweisen Fixierung der 3D-Form ohne Stromverbrauch und (3) die weitere Hochskalierung und Miniaturisierung. Das Projekt bündelt die komplementären Kompetenzen funktionaler Polymermaterialien unter Nutzung des hohen Potenzials der 3D-Drucktechnologie (UFr), von FGL-Materialien und Mikrosystemtechnik (KIT) sowie der Systemsimulation (FAU). Neuartige Designs von kaskadierten und bistabilen FGL-Mikro-Gelenkaktoren werden entwickelt, um den Bereich der reversiblen Faltungswinkel bis 180° zu erweitern. Um die 3D-Form zeitweise zu fixieren, werden vier Szenarien betrachtet: aktives Einrasten und Halten durch wärmeaktiviertes Schalten magnetischer Kräfte bzw. Erstarren durch Fest-Flüssig-Übergang, sowie die passiven Mechanismen magnetisches Einrasten und Haften von Polymerverbindungen. Synergien und abträgliche Kopplungseffekte werden für zunehmende Integrationsdichte und Anzahl von Kacheln untersucht um Designregeln für optimales Systemverhalten auszuarbeiten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2206: Kooperative mehrstufige multistabile Mikroaktorsysteme (KOMMMA)
• Mitverantwortlich: Dr. Oswald Prucker