Akademie-Journal 1/2004 - Union der deutschen Akademien der ...

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schiedliche Materialien) oder wirtschaftlichen
Gründen (z.B. niedrige Stückzahlen) nicht immer
monolithisch zu realisieren, sondern muß
aus einzelnen Bauteilen oder Baugruppen zusammengesetzt
werden. Wesentliche Problemstellungen
dieser Mikromontagen folgen u.a. aus
der geringen Größe der empfindlichen Einzelteile
und den erforderlichen Montagegenauigkeiten
(0,1...10 µm). Der Mensch ist hier hinsichtlich
Abb. 3
Elektrostatischer Greifer [5]. Die Abb. zeigen ein Funktionsmuster eines
zentrierenden elektrostatischen Greifers. Mit Hilfe von FEM Simulationen
wurden die Formen der Elektroden derart optimiert, daß beim
Anlegen einer Hochspannung sowohl zentrierende vertikale als auch
horizontale Kräfte auf das Greifobjekt wirken (Quelle: SFB 516)
Abb. 4
Mikroreaktor [5]. Das Bild zeigt links einen mikrotechnisch gefertigten
Mikroreaktor. Im rechten Bildteil sind 16 parallel betriebene Einzelreaktoren
dargestellt. Das im Helium erzeugte Plasma leuchtet in den
Spalten zwischen den kammförmig angeordneten Elektroden (Quelle:
IMT-Braunschweig)
seiner manuellen Fähigkeiten schlichtweg überfordert,
geht es doch um Probleme vergleichbar
mit dem Einfädeln eines Haares (Durchmesser
ca. 70 µm) in eine entsprechende Bohrung.
Ein weiteres Problem entsteht aus dem abnehmenden
Verhältnis von Gewichtskraft der Objekte
zu den Oberflächenkräften (Abb. 3). Bei
Bauteilen mit kleinsten Abmessungen treten Probleme
durch schwer kontrollierbare Haftkräfte
auf. Aufgrund der geringen Gewichtskräfte lassen
sich solche Bauteile noch einigermaßen
leicht aufgreifen, jedoch das zuverlässige Loslassen
bereitet oft Schwierigkeiten. Bei der Montage
erschwert dies die Handhabung der Teile. Erforderlich
sind daher zur schonenden Handhabung
neue Lösungsansätze, bei der Adhäsionseffekte
reduziert oder ausgenutzt werden. So ist
z.B. seit längerem bekannt, daß sich Kräfte, die
durch ein elektrisches Feld verursacht werden,
direkt zum Greifen kleinster Bauteile nutzen lassen.
An zwei Elektroden wird dazu eine Spannung
angelegt, die ein elektrisches Feld erzeugt,
durch das kleine Bauteile an den Elektroden haften
bleiben. Für die Herstellung der elektrostatischen
Greifer werden z.B. dünne Goldschichten
auf ein Glassubstrat aufgebracht [5]. Der einfache
Aufbau ermöglicht es, besonders kleine
Greifer herzustellen. Die Transparenz des dargestellten
Greifers läßt eine Beobachtung der gegriffenen
Objekte durch den Grundkörper hindurch
zu. Diese Eigenschaft ist besonders von
Vorteil, wenn während des Greifprozesses der
Vorgang mit einer Kamera überwacht werden
soll.
Beispiele miniaturisierter Bauteile und
Produkte
Mikrosysteme aktueller Forschungsprojekte
werden hier exemplarisch vorgestellt:
Mikroplasmareaktor zur Abgasnachbehandlung
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der MST im
Bereich der „Lebenswissenschaften“ (Biochemie,
Biotechnologie, Umwelttechnik) sind Mikroreaktoren
für Trennprozesse und Analysen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Mikrosysteme
besteht in ihrem äußerst günstigen Verhältnis
von wirksamer Oberfläche der Katalysatoren
zum Gesamtvolumen der durchgesetzten Medien.
Der in Abb. 4 gezeigte Mikroreaktor ermöglicht
die Zerlegung fluorhaltiger Abgase.
Der Kern des Reaktors besteht aus mikrostrukturierten
Elektroden, die kammförmig ineinander
greifen. Die mikrotechnische Fertigung des Reaktors
erfolgt mit Verfahren der Fotolithographie.
Wegen des Anwendungsgebietes mußte die
Werkstoffauswahl die Verträglichkeit mit Fluorverbindung
berücksichtigen. Besonders geringe
Spaltweiten ermöglichen es, bei geringen Zündspannungen
ein homogenes Plasma zu erzeugen,
Akademie-Journal 1/2004