Papiebasierte Mikrofluidik

Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff

Der Werkstoff Papier, ein über Abseihen aus wässriger Vorlage gewonnener flächiger Faserfilz aus üblicherweise organischen Bestandteilen, ist aus China schon über 1900 Jahre bekannt. In seiner heutigen Form und Vielfalt ist Papier ein sehr preiswerter und überall verfügbarer Werkstoff mit vielen Eigenschaften, die ihn zunehmend auch als Basis- bzw. Trägermaterial für vormals im Hightech-Bereich angesiedelte Technologien einsetzbar machen. Hier gibt es im Rahmen der medizinischen Diagnostik schon länger etablierte Einsatzgebiete wie z.B. Teststreifen zum Nachweis von Schwangerschaft, der Messung von Blutzucker oder Harnglucose, oder in der Bestimmung der Blutgerinnung durch den Patienten selbst, die rein auf dem inhärenten Kapillareffekt des Papiers beruhen. Neue Forschung und Entwicklung der letzten 5–10 Jahre nutzen Papier gezielt zur Herstellung sehr kostengünstiger Komponenten oder Systeme in Elektronik, Diagnostik (Medizin, Lebensmittel, Umwelt) und weiteren sensorischen Anwendungen, als Templatwerkstoff, der beispielsweise mit Keramikschlickern oder Polymeren gefüllt und dann weiterverarbeitet werden kann, sowie in additiven Fertigungsverfahren wie z.B. dem Rapid Prototyping. Weiterlesen

Biokunststoffe aus Polyhydroxyalkanoaten

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke

Begrenzte Vorräte und steigende Preise des Rohöls führen zusammen mit internationalen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels zu einem steten Substitutionsdruck nicht nur bei fossilien Kraftstoffen, sondern auch in den Bereichen Basischemikalien und Kunststoffe. Der in den letzten Jahren stetig wachsende Markt für Biokunststoffe, also solche auf der Basis nichtfossiler Rohstoffe, ist daher von großem Interesse. Ein stark wachsendes Segment in diesem Bereich sind die Polyhydroxyalkanoate (PHA), die nach Stärkeblends, Celluloseestern und Polylaktiden die derzeit viertgrößte Gruppe der Biokunststoffe stellen. Sie erzielen zweistellige prozentuale Zuwachsraten und haben eine geschätzte Produktionskapazität von bis zu 130.000 t/Jahr. PHA sind bakteriell hergestellte Polyesteraus gesättigten und ungesättigten Hydroxyalkansäuren mit thermoplastischen Eigenschaften, die nicht-toxisch und zu 100% bioabbaubar sind. Klassische  Anwendungsbereiche sind Fasern, Hygieneartikel und Verpackungen. Ihre Biokompatibilität prädestiniert PHA-Werkstoffe zudem als Träger von Geschmacksstoffen in Lebensmitteln und zur Verwendung im medizinischen Bereich, z. B. als resorbierbare Gefäßimplantate, chirurgische Nahtfäden und Mikrokapseln. Weiterlesen

Dreidimensional strukturierte LTCC-Keramik

Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff

Unter LTCC-Keramik versteht man keramische Formkörper, die durch Sintern bei relativ niedrigen Temperaturen, in der Regel zwischen 800°C und 1000°C, aus einer oder mehreren verschiedenen keramischen Zusammensetzungen hergestellt werden. Üblicherweise handelt es sich bei diesen Werkstoffen um kristallisierbare Gläser (Glaskeramiken) oder Mischungen aus solchen mit Keramiken, die meist als Pulverschlicker oder -pasten in dünnen Schichten von je 50 bis ca. 500 Mikrometern Dicke ausgebracht und übereinander gestapelt werden. Neben Strukturwerkstoffen wie Aluminiumoxid, Cordierit oder Siliziumdioxid werden auch Funktionswerkstoffe wie Piezoelektrika eingesetzt. Bauteile aus LTCC-Keramik finden überwiegend in Mikro- und Mesosystemtechnik Anwendung. Weiterlesen

Ultrakurzpulslaser zur Materialbearbeitung

Dr. David Offenberg, Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke

Der Laser ist seit Jahren ein etabliertes Werkzeug zur Materialbearbeitung in der industriellen Fertigung und in medizinischen Anwendungen. Bei kontinuierlich emittierenden Lasern und gepulsten Lasern mit Pulsdauern im Mikro- bis Nanosekundenbereich beruht der Materialabtrag in der Regel auf einer starken Erwärmung des absorbierenden Materials, das erst schmilzt und schließlich verdampft. Bei Ultrakurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von Pikosekunden bis Femtosekunden hingegen erfolgt bei ausreichender Fokussierung ein direkter Phasenübergang des Materials ins Gasförmige. Dadurch bleiben Materialaufschmelzung, Gefügeveränderungen, Phasenumwandlungen und thermische Spannungen im Werkstück auf einen Bereich von wenigen Nanometern begrenzt. So sind Ultrakurzpulslaser nicht nur ein Schlüssel zur Ultrapräzisionsbearbeitung, sondern sie bieten auch völlig neue Möglichkeiten bei der Bearbeitung temperaturempfindlicher Materialien wie z.B. Polymere, metallische Gläser oder menschliches Gewebe. Weiterlesen

Magnetische Kühlung

Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke

Ein großer Teil der Energiekosten moderner Haushalte, aber auch industrieller Anwendungen, resultiert aus dem hohen Energieverbrauch konventioneller Kühlsysteme, die auf Basis der Kompression von Gasen arbeiten. Eine weitere Effizienzsteigerung ist in diesen Systemen nur noch schwierig zu bewerkstelligen, so dass alternative Kühlmöglichkeiten erforscht werden, die eine erhebliche Reduzierung der benötigten Energie erwarten lassen. Eine besonders vielversprechende Technologie in diesem Zusammenhang ist die der Magnetischen Kühlung, die bis heute vor allem für Forschungszwecke in der Tieftemperaturphysik eingesetzt wird. Weiterlesen

Fertigung von mechanischen Metamaterialien mittels Dip-in Laserlithographie

Einleitung

Metamaterialien werden aus gewöhnlichen Werkstoffen wie Metalle oder Polymere hergestellt, bieten jedoch gänzlich neue Möglichkeiten die elastische oder elektromagnetische Wellenausbreitung zu beeinflussen. Das Erfolgsrezept ist die künstliche Anordnung der Grundwerkstoffe in funktionelle Baugruppen, die auf sub-Wellenlängenskala zu effektiven  Materialien zusammengesetzt werden. Weiterlesen

Haften auf rauen Oberflächen

Quelle: Uwe Bellhäuser

Quelle: Uwe Bellhäuser

Die kleinen gelben Haftnotiz-Zettel sind gängige Begleiter im Büroalltag; sie kleben besonders gut auf glatten Oberlächen wie Fenstern, Spiegeln oder Bildschirmen.

Geckos, Insekten und Spinnen können es noch besser: sie kleben und laufen an Wänden und Decken. Härchen an ihren Füßen lassen die Tiere nicht nur auf Glas und glatten Flächen kopfüber „kleben“. Weil die Härchen sich immer feiner verzweigen, gehen Geckos auch auf Raufaser die Wand hoch. Am INM-Leibniz-Institut für Neue Materialien bilden die Wissenschaftler nun solche „hierarchischen“ Strukturen künstlich nach. Sie wollen damit das Haften speziell auf rauen Oberß ächen weiter untersuchen. Weiterlesen