Erzeugung von elektroaktiven Polymeraktoren mittels Inkjet Drop-on-Demand zur Anwendung in mikrofluidischen Systemen

Abstract:
In diesem Beitrag stellen wir elektroaktive Polymeraktoren (EAP) für Anwendungen in mikrofluidischen Lab-on-Chip-Systemen vor. Die vorgestellten Aktoren basieren auf Polycarbonatsubstraten (PC), sowohl die Elektroden als auch das EAP werden mittels Drop-on-Demand Inkjet aufgebracht. Als Teststrukturen werden einseitig eingespannte Biegebalken eingesetzt. Auf die Substrate wird eine Sandwich-Anordnung aus einem EAP und zwei Elektroden aufgebracht. Das EAP verfügt über piezoelektrische Eigenschaften, wodurch bei einer Ansteuerung mit einem elektrischen Feld im EAP eine Dehnung induziert wird, die in Verbindung mit dem Substrat eine Durchbiegung des Aktors verursacht. Für die Elektroden werden dabei Silber Nanopartikel-Tinten verwendet. Um Kompatibilität mit den verwendeten Substraten zu gewährleisten werden die gedruckten Tinten mittels eines Argon-Plasmas gesintert. Dieses Verfahren ermöglicht ein selektives Sintern der gedruckten Elektroden, ohne das Substrat über dessen Glasübergangstemperatur zu erhitzen. Die lateralen Abmessungen der Biegebalken betragen 8 x 25 mm², die Schichtdicke des EAP 10 bis 15 µm. Im statischen Betrieb werden mit diesen Aktoren Auslenkungen von ungefähr 100 µm bei Steuerspannungen von 400 V erreicht. Aufgrund der niedrigen Prozesstemperaturen ist die Herstellung der vorgestellten Aktoren kompatibel zu gängigen Herstellungsverfahren von Lab-on-Chip-Systemen auf Basis von Polymeren mit niedriger Glasübergangstemperatur. Eine mögliche Anwendung ist der Einsatz solcher Aktoren für polymerbasierte Mikropumpen, bei denen eine aktuierte Polymermembran eine Pumpwirkung erzeugt. Weitere Einsatzgebiete sind u.a. Positionieraufgaben in mikrooptischen Abbildungssystemen.