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Diplom-/Masterarbeit

Optimierung eines neuartigen piezoelektrischen Mikroantriebs

13.05.2008, Diplomarbeiten, Bachelor- und Masterarbeiten

Mikroventile sind wesentliche mikrofluidische Komponenten und dienen der Steuerung von Stoffflüssen mit Hilfe elektrischer Signale. Um die Totvolumina möglichst gering zu halten, ist die Integration dieser Ventile in Mikrosysteme unabdingbar.

In Mikroventilen lassen sich piezoelektrische Materialien sehr vorteilhaft als elektromechanische Energiewandler einsetzen. Die bisherigen Lösungen nutzen den Quereffekt und besitzen fast ausschließlich ein so genanntes „normally open“ Verhalten, d.h. ohne elektrische Ansteuerung kann das zu steuernde Medium das Ventil ungehindert durchströmen. Der Stofffluss lässt sich nur durch die Zuführung elektrischer Energie unterbrechen. Für reale Systeme ist jedoch das umgekehrte Verhalten wesentlich wichtiger, da der Stofffluss im ausgeschalteten Zustand automatisch unterbunden wird. In einer vorangegangenen Arbeit wurde ein völlig neuartiger piezoelektrischer Energiewandler entwickelt, der es prinzipiell ermöglicht unter Nutzung des Längseffektes ein „normally closed“ Ventil zu realisieren.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der entwickelte Energiewandler optimiert werden. Dazu sind durch eine Modellierung und Simulation die optimalen geometrischen Strukturdaten des Piezoantriebes zu ermitteln. Da der Antrieb mit einem Mikroventil gekoppelt werden soll, besteht die Grundanforderung in der Minimierung der Wandlerstruktur. Parallel dazu sind entsprechende Wandlerstrukturen zu charakterisieren. Es sind daher einfache Antriebsstrukturen herzustellen und zu untersuchen. Basis der Untersuchungen sind laserinterferometrische Messungen.
Auf Basis dieser Ergebnisse ist ein einfaches Mikroventil zu erstellen und bezüglich seiner Funktion zu charakterisieren.

Eigenständiges Arbeiten sowie Grundkenntnisse im Bereich Mikrosystemtechnik werden vorausgesetzt.
Folgende Teilschritte sind zu bearbeiten.
1. Einarbeitung in das Thema „Mikrofluidik“, speziell Mikroventile
2. Einarbeitung in das Thema piezoelektrische Aktoren
3. Entwicklung eines Funktionsmodells
4. Optimierung der Elektrodengestalt und -anordnung durch Simulationsrechnungen
5. Herstellung einfacher Piezoantriebe mit optimierten Elektrodenstrukturen
6. Funktionsüberprüfung der hergestellten Energiewandler
7. Bewertung und Vergleich der Ergebnisse
8. Dokumentation


Information und Betreuung:
Dipl.-Ing. Sandy Schwebs,
Fachgebiet Mikrostrukturierte Mechtronische Systeme
Tel. 089/289-23111, Raum N0411, Nordgelände, Gebäude N4
E-Mail: sandy@tum.de

Kontakt: sandy@tum.de