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Entwicklung einer selbstjustierenden Formgebungsstruktur zur Herstellung formspezifischer 3D-Partikel basierend auf Nanoimprint-Technologie

Ausgehend vom Soft-Nanoimprint-Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit die Self-Aligned Molding Technology (SAMT) entwickelt. Die SAMT-PrĂ€getechnologie ermöglicht eine wesentliche Reduzierung des Justieraufwands zur Herstellung echter 3D-Strukturen. Das Konzept basiert auf einem ‚Waffeleisen‘-Prinzip in MikrometergrĂ¶ĂŸe und erlaubt in einem einstufigen PrĂ€geprozess die Erzeugung komplexer 3D-Strukturen und -Partikel. Die SAMT PrĂ€geform wurde in Form von 35 ”m breiten V-GrĂ€ben im elastischen Polydimethylsiloxan (PDMS) realisiert. Die GrabenwĂ€nde dienen als zwei PrĂ€geformflĂ€chen, die durch ein Verformen der SAMT PrĂ€geform aneinandergepresst werden. Mit gezielt strukturierten KavitĂ€ten in den GrabenwĂ€nden können Strukturen in einem PrĂ€gematerial erzeugt werden. Als Herstellungsstrategie wurde die zweifache Abformung eines Siliziummasters mit h PDMS (hard-PDMS) und anschließendem Abguss der SAMT-PrĂ€geform mit PDMS von der inversen h-PDMS Vorlage verwendet. Der Siliziummaster entspricht in seiner Struktur der spĂ€teren SAMT-PrĂ€geform. Die Herstellung des Siliziummasters stellt eine besondere Herausforderung dar, da eine Strukturierung auf abgewinkelten GrabenwĂ€nden eines V Grabens in der Mikrosystemtechnik eher unĂŒblich ist. Mittels Elektronenstrahllithografie und gerichtetem TrockenĂ€tzverfahren im FaradaykĂ€fig konnten erfolgreich gezielte StrukturkavitĂ€ten in den GrabenwĂ€nden erzeugt werden. Die anschließende Abformung des Siliziummasters mit abgewinkelten Strukturen konnte ohne Abrisse im eher spröden h-PDMS durchgefĂŒhrt werden. Auch der Abguss der h-PDMS-Vorlage mit PDMS konnte reproduzierbar ausgefĂŒhrt werden. Die hergestellten SAMT PrĂ€geformen wurden auf deren PrĂ€geeigenschaften untersucht. Erfolgreiche Strukturen konnten mit dem UV aushĂ€rtendem PrĂ€gematerial AMONIL (MMS1, AMO GmbH) und mit PMMA (950 K 617.06, Allresist GmbH) geprĂ€gt werden, letzteres wurde ĂŒber die Diffusion des Lösungsmittels ausgehĂ€rtet. GeprĂ€gte Partikel hĂ€ngen durch eine Restschicht aneinander, die nicht vermieden werden konnte. Die Restschicht stellt ein generelles Problem bei der PrĂ€gung von Partikeln mit Nanoimprint-Verfahren dar und erfordert weitere Forschung zu deren Vermeidung. Mit den SAMT PrĂ€geformen konnten unerwartet strukturierte DrĂ€hte erzeugt werden, wenn die PrĂ€geformen nicht vollstĂ€ndig verschlossen waren. ZusĂ€tzlich konnten mit halb offenen SAMT PrĂ€geformen in nur einem PrĂ€geschritt pyramidenförmige Strukturen mit Substrukturen an den WĂ€nden erzeugt werden. Die Erzeugung solcher Strukturen ist mit klassischen Methoden nicht direkt möglich und erfordert einen hohen Aufwand.

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@phdthesis{doi:10.17170/kobra-202211247159,
  author    ={Smolarczyk, Marek},
  title    ={Entwicklung einer selbstjustierenden Formgebungsstruktur zur Herstellung formspezifischer 3D-Partikel basierend auf Nanoimprint-Technologie},
  keywords ={600 and 3D-Technologie and NanoprÀgen and Nanopartikel and Prozessentwicklung  and Prozessoptimierung},
  copyright  ={http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/},
  language ={de},
  school={Kassel, UniversitÀt Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik},
  year   ={2020-11}
}