Weniger ist mehr ist das Mantra unseres Zeitalters. Besonderer Beweis dafür sind vor allem die Bestrebungen zur Miniaturisierung von elektronischen Systemen, Brennstoffzellen und medizinischen Geräten der folgenden Generationen. Die drängende Forderung nach immer kleineren Teilen erfordert jedoch präzise und kostengünstige Mikrofertigungsverfahren.
Kompakte Geräte mit immens integrierten Funktionen werden für unser Leben immer mehr an Bedeutung gewinnen. Werden die Größenordnungen reduziert, beginnen jedoch Oberflächen- und Größeneffekte Materialeigenschaften und -verhalten zu beherrschen. Folglich halten die bei einer Probe in regulärer Größe erzielten Materialeigenschaften nicht länger der genauen Analyse und der weiteren Gestaltung stand. Mechanische, tribologische und verformungsbedingte Eigenschaften weichen vom den großvolumigen Werten ab, wenn sich die Bauteilgröße dem Mikromaßstab nähert.
Innerhalb von MICROMANUFACTURING (Multi-scale material modeling for micro-manufacturing of micro-feature arrays on large surface areas) gelang es den Wissenschaftlern, die Lücke zwischen Meso- und Mikroskalenmodellierung zu überbrücken, indem man genaue Modelle der Mikrofertigungsprozesse erstellte und validierte.
Das Projektteam trug zum besseren Verständnis von Materialverhalten, Prozesssteuerung, Verformungsmechanik und Tribologie im Sinne der präzisen und kosteneffizienten Mikrofabrikation bei. Beispiele sind mikrokleine Teile (beispielsweise Stifte, Verbinder, Getriebe und Pumpen) sowie Anordnungen in Mikrogröße auf großen Oberflächen (etwa Mikrokanäle, Mikropyramiden, Mikrokegel und Mikrobuckel).
Die Projektforschung hat starke Konsequenzen für Bipolarplatten für Brennstoffzellen und biomedizinische Implantate, die Oberflächen mit Mikrokanälen und porösen Mikrobuckelanordnungen aufweisen. Oberflächen dieser Art sind zur Realisierung des hocheffizienten Wärme- und Stofftransports erforderlich. Die Wissenschaftler unternahmen eine gründliche Erforschung der Mikrokanalformbarkeit und studierten die Wechselwirkungen zwischen Mikrofertigungsparametern und Oberflächenqualität, Korrosion und Kontaktwiderstand.
Eine genaue Modellierung ermöglicht die kostengünstige Messung von Materialeigenschaften auf Mikroebene. Hier eröffnet sich ein Weg für schnelle und kostengünstige Mikrofabrikationsprozesse, die dringend für die Kommerzialisierung miniaturisierter Brennstoffzellen und medizinischer Vorrichtungen gebraucht werden.
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