Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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All inkjet printed piezoelectric polymer actuators for microfluidic lab-on-a-chip systems
Drucktechnologien zur Herstellung elektronischer Komponenten wurden in den vergangenen Jahren verstärkt untersucht, da sie einen besonders kostengünstigen Materialauftrag sowie großflächige Beschichtungen ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Vorteile dieser Verfahren genutzt um piezoelektrische Aktuatoren zu erzeugen, die sich für die Integration in polymerbasierte Lab-on-a-Chip (LOC) Systeme für Einweg-Applikationen eignen. Ausgehend von analytischen Modellen zum Aktuatorverhalten werden piezoelektrische Polymeraktuatoren auf Basis von P(VDF-TrFE) (Poly(vinylidenfluorid-co-trifluoroethylen)) erstmals vollständig mittels Inkjet Druckverfahren hergestellt und eingehend charakterisiert. Ein signifikanter Einfluss der Wärmebehandlung der gedruckten P(VDF-TrFE) Schichten auf das Aktuatorverhalten und die Morphologie der P(VDF-TrFE) Schichten wird ermittelt. Wärmebehandlungen zwischen 110 und 140 °C führen dabei zu signifikantem piezoelektrischen Verhalten. Die Erkenntnisse werden genutzt, um in einer Membranpumpe mit gedrucktem Aktuator als Demonstrator Pumpraten von bis zu 130 µL/min nachzuweisen, was für den Einsatz in LOC Systemen geeignet ist. Im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik sind sowohl der in dieser Arbeit vorgestellte Herstellungsprozess als auch die Untersuchungen zum Verhalten Inkjet gedruckter P(VDF-TrFE) Aktuatoren neuartig. Die direkte und kostengünstige Integration von Aktuatoren in polymerbasierte LOC Systeme stellt einen Vorteil gegenüber lithographie- und vakuumbasierten Prozessen dar. Im Gegensatz zu den meisten gegenwärtigen Mikropumpen entfällt ein Fügeschritt, der nötig wäre um einen separat gefertigten Aktuator auf einer Pumpmembran aufzubringen. Herstellungsprozess und Design sind kompatibel mit Prozessen und Materialien, die in LOC Systemen bereits eingesetzt werden. Sie können daher perspektivisch einen höheren Integrationsgrad und somit intelligentere LOC Systeme erzielen. ; Printing technologies for the fabrication of electronic components have emerged ...
All inkjet printed piezoelectric polymer actuators for microfluidic lab-on-a-chip systems
Drucktechnologien zur Herstellung elektronischer Komponenten wurden in den vergangenen Jahren verstärkt untersucht, da sie einen besonders kostengünstigen Materialauftrag sowie großflächige Beschichtungen ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Vorteile dieser Verfahren genutzt um piezoelektrische Aktuatoren zu erzeugen, die sich für die Integration in polymerbasierte Lab-on-a-Chip (LOC) Systeme für Einweg-Applikationen eignen. Ausgehend von analytischen Modellen zum Aktuatorverhalten werden piezoelektrische Polymeraktuatoren auf Basis von P(VDF-TrFE) (Poly(vinylidenfluorid-co-trifluoroethylen)) erstmals vollständig mittels Inkjet Druckverfahren hergestellt und eingehend charakterisiert. Ein signifikanter Einfluss der Wärmebehandlung der gedruckten P(VDF-TrFE) Schichten auf das Aktuatorverhalten und die Morphologie der P(VDF-TrFE) Schichten wird ermittelt. Wärmebehandlungen zwischen 110 und 140 °C führen dabei zu signifikantem piezoelektrischen Verhalten. Die Erkenntnisse werden genutzt, um in einer Membranpumpe mit gedrucktem Aktuator als Demonstrator Pumpraten von bis zu 130 µL/min nachzuweisen, was für den Einsatz in LOC Systemen geeignet ist. Im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik sind sowohl der in dieser Arbeit vorgestellte Herstellungsprozess als auch die Untersuchungen zum Verhalten Inkjet gedruckter P(VDF-TrFE) Aktuatoren neuartig. Die direkte und kostengünstige Integration von Aktuatoren in polymerbasierte LOC Systeme stellt einen Vorteil gegenüber lithographie- und vakuumbasierten Prozessen dar. Im Gegensatz zu den meisten gegenwärtigen Mikropumpen entfällt ein Fügeschritt, der nötig wäre um einen separat gefertigten Aktuator auf einer Pumpmembran aufzubringen. Herstellungsprozess und Design sind kompatibel mit Prozessen und Materialien, die in LOC Systemen bereits eingesetzt werden. Sie können daher perspektivisch einen höheren Integrationsgrad und somit intelligentere LOC Systeme erzielen. ; Printing technologies for the fabrication of electronic components have emerged ...
All inkjet printed piezoelectric polymer actuators for microfluidic lab-on-a-chip systems
Pabst, Oliver (Autor:in) / Tünnermann, Andreas / Wegener, Michael / Alastalo, Ari
16.03.2015
Hochschulschrift
Elektronische Ressource
Englisch
Active Digital Microfluidic Paper Chips with Inkjet-Printed Patterned Electrodes
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