DE102007051977A1 - Process for the preparation of electrically and / or magnetically controllable membranes and magnetic actuator with such a membrane - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch und/oder magnetisch ansteuerbaren Membranen, insbesondere für Schalter oder Pumpen. Bei dem Verfahren werden Mikro- und/oder Nanopartikel mit magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften mit einem in fließfähigem Zustand befindlichen Matrixmaterial vermischt, das nach einer Verfestigung elastische Eigenschaften aufweist. Das Matrixmaterial wird als Schicht auf ein Substrat aufgebracht und eine Verteilung der Partikel in der Schicht mit einem oder mehreren elektrischen und/oder magnetischen Feldern gezielt verändert, um eine Anhäufung der Partikel an einer oder mehreren Stellen der Schicht zu erhalten. Die Schicht wird anschließend mit den angehäuften Partikeln zur Bildung einer oder mehrerer Membranen verfestigt. Die Erfindung betrifft auch einen magnetischen Aktor mit einer derartigen Membran. Das Verfahren ermöglicht die Nutzung von elastischen Membranen mit eingelagerten magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln, ohne die elastischen Eigenschaften in bestimmten Bereichen der Membran negativ zu beeinflussen.The present invention relates to a method for producing electrically and / or magnetically controllable membranes, in particular for switches or pumps. In the method, micro- and / or nanoparticles having magnetic and / or electrical properties are mixed with a flowable state matrix material which has elastic properties after solidification. The matrix material is applied as a layer to a substrate and a distribution of the particles in the layer with one or more electric and / or magnetic fields selectively changed in order to obtain an accumulation of the particles at one or more points of the layer. The layer is then solidified with the aggregated particles to form one or more membranes. The invention also relates to a magnetic actuator with such a membrane. The method allows the use of elastic membranes with embedded magnetic or magnetizable particles, without affecting the elastic properties in certain areas of the membrane negative.
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch und/oder magnetisch ansteuerbaren Membranen, bei dem Mikro- und/oder Nanopartikel mit magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften, durch die sie in einem magnetischen oder elektrischen Feld eine Kraftwirkung erfahren, in ein Matrixmaterial eingebettet werden, aus dem die Membran anschließend geformt wird. Die Erfindung betrifft auch einen magnetischen Aktor auf Basis einer derartigen Membran. Derartige Membranen oder magnetische Aktoren lassen sich beispielsweise für magnetische Schalter, Ventile oder Pumpen einsetzen.The The present invention relates to a process for the preparation of electrically and / or magnetically controllable membranes, in which Micro and / or nanoparticles with magnetic and / or electrical Properties by which they are in a magnetic or electrical Field experience a force effect, embedded in a matrix material from which the membrane is subsequently formed. The invention also relates to a magnetic actuator based on a such membrane. Such membranes or magnetic actuators can be used, for example, for magnetic switches, valves or use pumps.
Stand der TechnikState of the art
Die Beimengung von Mikro- und/oder Nanopartikeln zu einem Matrixmaterial zur gezielten Beeinflussung von Materialeigenschaften ist ein gebräuchliches Verfahren bei der Materialherstellung. So entstehen Materialien – so genannte Mikro- und/oder Nanokomposite –, die neuartige, vorteilhafte Eigenschaften aufweisen können. Folien aus derartigen Materialien weisen aufgrund der gleichmäßigen Verteilung der Mikro- und/oder Nanopartikel üblicherweise weitestgehend homogene Eigenschaften auf. Für viele Anwendungen bringen diese Beimengungen jedoch nicht nur Vor- sondern auch Nachteile mit sich, die einen Kompromiss aus neuen gewünschten Eigenschaften und ungünstigen Eigenschaften erfordern. So kann beispielsweise die Erhöhung der Dielektrizitätszahl von Polymeren durch Einbettung von TiO2-Partikeln auch eine unerwünschte Erhöhung des Elastizitätsmoduls verursachen.The addition of micro- and / or nanoparticles to a matrix material for the targeted influencing of material properties is a common method in the production of materials. This results in materials - so-called micro- and / or nanocomposites - that can exhibit novel, advantageous properties. Films of such materials usually have largely homogeneous properties due to the uniform distribution of the micro- and / or nanoparticles. For many applications, however, these admixtures bring not only advantages but also disadvantages which require a compromise of new desired properties and unfavorable properties. For example, increasing the dielectric constant of polymers by embedding TiO 2 particles can also cause an undesirable increase in the elastic modulus.
Gerade
bei der Herstellung von elastischen Membranen kann die Einbettung
von beispielsweise magnetischen Mikro- und/oder Nanopartikeln zu
einer Versteifung der Membran führen, die für
die geplante Anwendung nicht tragbar ist. So zeigen beispielsweise
Kai et al.,
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch und/oder magnetisch ansteuerbaren Membranen anzugeben, das sich mit geringerem Aufwand durchführen und die Herstellung von Membranen für Pumpen, Ventile und Schalter ermöglicht.The The object of the present invention is a method for the production of electrically and / or magnetically controllable Specify membranes that perform with less effort and the manufacture of diaphragms for pumps, valves and Switch allows.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 10 gibt einen magnetischen Aktor an, der mit einer erfindungsgemäß hergestellten Membran betrieben wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Aktors sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The Task is with the method according to claim 1 solved. Claim 10 is a magnetic actuator An, which is produced with an inventive Membrane is operated. Advantageous embodiments of the method as well as the actuator are the subject of the dependent claims or leave The following description and the embodiments remove.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden Mikro- und/oder Nanopartikel mit magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften bereitgestellt, durch die sie in einem magnetischen oder elektrischen Feld eine Kraftwirkung erfahren. Die Mikro- und/oder Nanopartikel werden mit einem in fließfähigem Zustand befindlichen Matrixmaterial vermischt, das nach einer Verfestigung elastische Eigenschaften aufweist. Die hierdurch entstandene Dispersion aus Matrixmaterial und Mikro- und/oder Nanopartikeln wird als Schicht auf ein Substrat aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Aufschleudern, Aufrakeln, Gießen oder Sprühen erfolgen. Die Schicht wird anschließend einem oder mehreren elektrischen und/oder magnetischen Feldern ausgesetzt, durch die die durch die Vermischung annähernd gleichmäßige Verteilung der Mikro- und/oder Nanopartikel in der Schicht gezielt verändert wird, um eine Anhäufung der Mikro- und/oder Nanopartikel an einer oder mehreren Stellen der Schicht zu erhalten. Anschließend wird die Schicht mit den entsprechend angehäuften Mikro- und/oder Nanopartikeln zur Bildung einer oder mehrerer Membranen verfestigt. Die verfestigte Schicht, die sowohl eine einzelne als auch mehrere miteinander verbundene Membranen umfassen kann, kann anschließend vom Substrat gelöst und der entsprechenden Verwendung zugeführt werden. So kann die abgelöste Schicht beispielsweise auf ein Siliziumsubstrat gebondet werden, in dem entsprechende Ausnehmungen erzeugt wurden, über denen die ein oder mehreren Membranen befestigt werden. Besonders vorteilhaft lassen sich mit dem Verfahren Membranen mit Arrays von Anhäufungen erzeugen, im Folgenden auch als Membranarray bezeichnet, die anschließend auf ein Substrat mit entsprechend arrayförmig angeordneten Ausnehmungen aufgebracht werden.at the proposed method will be micro- and / or nanoparticles provided with magnetic and / or electrical properties, by they exert a force in a magnetic or electric field Experienced. The micro- and / or nanoparticles are mixed with one in a flowable one Conditional matrix material mixed after solidification has elastic properties. The resulting dispersion from Matrix material and micro- and / or nanoparticles is used as a layer applied to a substrate. This can be done, for example, by spin-coating, Scrape, pour or spray done. The layer becomes then one or more electrical and / or exposed to magnetic fields through which the mixing approximately even distribution of Micro- and / or nanoparticles in the layer deliberately changed is an accumulation of micro and / or nanoparticles at one or more locations of the layer. Subsequently the layer with the corresponding accumulated micro- and / or nanoparticles to form one or more membranes solidified. The solidified layer, which is both a single and may also comprise a plurality of interconnected membranes may subsequently detached from the substrate and the corresponding Use be supplied. So the detached one Layer, for example, bonded to a silicon substrate, in which corresponding recesses were generated, about where the one or more membranes are attached. Especially Advantageously, the method can be used with membranes of arrays of Create clusters, hereinafter also as a membrane array designated subsequently to a substrate with accordingly arrayed recesses are applied.
Unter dem Begriff Mikropartikel sind in der vorliegenden Patentanmeldung Partikel im Größenbereich zwischen 1 und 1000 μm, unter Nanopartikeln Partikel im Größenbereich unterhalb von 1 μm zu verstehen. Das Verfahren schließt selbstverständlich nicht aus, dass unter den Mikro- und/oder Nanopartikeln auch vereinzelt Partikel mit einer Größe oberhalb von 1 mm vorhanden sind. Dies ist jedoch nicht wünschenswert. Die Mikro- und/oder Nanopartikel können beispielsweise aus para-, ferro- oder permanentmagnetischen Materialien bestehen.In the present patent application, the term microparticles is to be understood as meaning particles in the size range between 1 and 1000 μm, nanoparticles being particles in the size range below 1 μm. The procedure is self-evident It is not certain that particles larger than 1 mm in size are also present under the micro- and / or nanoparticles. This is not desirable. The micro- and / or nanoparticles may consist of para-, ferro- or permanent magnetic materials, for example.
Grundsätzlich können mit dem Verfahren Membranen oder Membranarrays in beliebigen Dimensionen hergestellt werden. Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren für die Herstellung von Mikromembranen oder Mikromembranarrays, beispielsweise für Mikroventile, Mikropumpen oder Mikroschalteranwendungen.in principle can use the process membranes or membrane arrays in Any dimensions are produced. Particularly advantageous The process for the production of micro-membranes or micromembrane arrays, for example for microvalves, Micropumps or microswitch applications.
Das vorgeschlagene Verfahren nutzt die Beweglichkeit der Mikro- und/oder Nanopartikel in einem noch in fließfähigem Zustand befindlichem Matrixmaterial, um diese über magnetische und/oder elektrische Felder gezielt örtlich anzuhäufen, auszurichten und durch Verfestigung des Matrixmaterials in dieser gezielt erzeugten Verteilung zu fixieren. Dies setzt voraus, dass das Matrixmaterial bei der gezielten Beeinflussung der Mikro- und/oder Nanopartikeln in einem fließfähigem Zustand vorliegt. Hierbei kann es sich um einen flüssigen oder auch um einen hochviskosen Zustand handeln. Bei Bedarf wird das Matrixmaterial temporär in diesen Zustand überführt. Dies kann beispielsweise, je nach Material, durch Lösen oder Schmelzen erfolgen oder kann auch beispielsweise im Falle von Polymeren als Matrixmaterial dadurch erreicht werden, dass das Matrixmaterial noch im zumindest teilweise unvernetzten und damit fließfähigen Zustand vorliegt. Nach dem Aufbringen des Matrixmaterials mit den darin enthaltenen Mikro- und/oder Nanopartikeln auf das Substrat wird die Schicht dann einem statischen und/oder variablen Magnetfeld und/oder elektrischen Feld ausgesetzt, durch das eine Kraftwirkung auf die Mikro- und/oder Nanopartikel in der Schicht ausgeübt wird. Die Felder werden dabei so gewählt, dass eine gezielte Anhäufung der Mikro- und/oder Nanopartikel in der Schicht erfolgt. Die Wahl der eingesetzten Felder, d. h. elektrisches oder magnetisches Feld oder beides, hängt von den Eigenschaften der gewählten Mikro- und/oder Nanopartikel ab. Die Schicht kann zur Verbesserung der Oberflächenqualität der Membranen auch zusätzlich mit einer entsprechenden Abdeckung versehen werden, die selbstverständlich die Einwirkung der elektrischen und/oder magnetischen Felder auf die Schicht zulassen muss.The proposed method uses the mobility of micro and / or Nanoparticles in a still fluid state matrix material around these magnetic and / or selectively accumulate electric fields locally, to align and by solidification of the matrix material in this fix specifically generated distribution. This assumes that the matrix material in the targeted influencing the micro and / or Nanoparticles is present in a flowable state. This can be a liquid or even a act highly viscous state. If necessary, the matrix material temporarily transferred to this state. This For example, depending on the material, by loosening or Melting done or can also, for example, in the case of polymers be achieved as a matrix material in that the matrix material still in at least partially uncrosslinked and therefore flowable Condition exists. After application of the matrix material with the contained therein micro- and / or nanoparticles on the substrate the layer then becomes a static and / or variable magnetic field and / or electrical field exposed by a force effect exerted on the micro and / or nanoparticles in the layer becomes. The fields are chosen so that a targeted Accumulation of micro- and / or nanoparticles in the layer takes place. The choice of fields used, d. H. electrical or magnetic Field or both depends on the characteristics of the chosen one Micro and / or nanoparticles from. The layer can be used for improvement the surface quality of the membranes also in addition be provided with a corresponding cover, of course the action of the electric and / or magnetic fields the layer must allow.
Die felderzeugende Einrichtung muss in der Lage sein, ein zeit- und/oder ortsvariables Feld zu erzeugen, um auf diese Weise die Partikel in der gewünschten Weise anzuhäufen und auszurichten. Vor allem bewegliche Anordnungen von Permanentmagneten, Anordnungen elektrischer Spulen und Anordnungen von elektrisch leitfähigen Bahnen und Schichten können hierbei eingesetzt werden. Weiterhin ist auch die Überlagerung von statischen und dynamischen Feldern möglich, um ortsaufgelöste Minima oder Maxima der Feldstärke über der lateralen Ausdehnung der Schicht zu erzeugen.The field-creating organization must be able to provide a timely and / or to create a location-variable field, in this way the particles accumulate and align in the desired manner. Especially movable arrangements of permanent magnets, arrangements electrical coils and arrangements of electrically conductive Sheets and layers can be used here. Furthermore, the superposition of static and dynamic fields possible to spatially resolved Minima or maxima of the field strength over the lateral extent to create the layer.
Die endgültige Fixierung der Partikel und ihrer Ausrichtung erfolgt dann durch die Verfestigung des Matrixmaterials. Dies kann beispielsweise bei Kunststoffen durch Abkühlen, Verdunsten der Lösungsmittel oder eine Vernetzungsreaktion, induziert durch Wärme, Strahlung und/oder eine vernetzende chemische Komponente, erfolgen. Während dieses Vorgangs kann die Schicht weiterhin dem magnetischen oder elektrischen Feld ausgesetzt bleiben.The final fixation of the particles and their orientation then takes place by the solidification of the matrix material. This can For example, in plastics by cooling, evaporation the solvent or a crosslinking reaction induced by Heat, radiation and / or a cross-linking chemical component, respectively. During this process, the layer may continue remain exposed to the magnetic or electric field.
Durch die gezielte Beeinflussung der Verteilung der Mikro- und/oder Nanopartikel in der Membran können Membranbereiche, die für die elastische Funktion der Membran bei der entsprechenden Anwendung erforderlich sind, weitgehend frei von den eingelagerten Mikro- und/oder Nanopartikeln gehalten werden, so dass in diesen Bereichen keine unerwünschte Versteifung der Membran auftritt. So können beispielsweise die Mikro- und/oder Nanopartikel im zentralen Bereich der Membran angehäuft werden, so dass die Randbereiche, wenn überhaupt, nur eine geringe Konzentration dieser Partikel aufweisen. Weiterhin ermöglicht die mit dem Verfahren erzeugbare lokale Anhäufung der Partikel eine erhöhte Durchlässigkeit der Membran für elektrische Felder, da die Membran in diesem Fall keine Abschirmung bildet, wie dies bei einer gleichmäßigen Verteilung elektrisch leitfähiger Partikel der Fall wäre. Eine derartig hergestellte Membran eignet sich daher vorteilhaft für die bereits angeführten Anwendungen in Ventilen, Pumpen oder elektrischen Schaltelementen. Die Membran lässt sich einfach herstellen, da keinerlei Anbringung von zusätzlichen Komponenten wie Magneten erforderlich ist. Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren für die Herstellung von Membranarrays, da die Anhäufung der Mikro- und/oder Nanopartikel für das gesamte Array mit einer entsprechend ausgebildeten Einrichtung in einem Schritt ausführbar ist.By the targeted influencing of the distribution of micro- and / or nanoparticles In the membrane membrane areas can be used for the elastic function of the membrane in the corresponding application are largely free of the stored microorganisms. and / or nanoparticles, so that in these areas no unwanted stiffening of the membrane occurs. So For example, the micro- and / or nanoparticles in the central area of the membrane are piled so that the margins, if any, only a low concentration have these particles. Furthermore, the allows with the process producible local accumulation of the particles an increased permeability of the membrane for electric fields, since the membrane in this case does not form a shield, as with a uniform distribution electric conductive particle would be the case. Such a thing produced membrane is therefore advantageous for the already mentioned applications in valves, pumps or electrical switching elements. The membrane can be easy to manufacture, since no attachment of additional Components such as magnets are required. Especially advantageous the method is suitable for the production of membrane arrays, because the accumulation of micro and / or nanoparticles for the entire array with an appropriately trained device is executable in one step.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei den Mikro- und/oder Nanopartikeln um magnetische oder magnetisierbare Partikel. Im Falle von magnetisierbaren Partikeln werden diese vorzugsweise nach Verfestigung der Schicht mit der gleichen Einrichtung magnetisiert, mit der die Anhäufung der Partikel in der Schicht gesteuert wurde. Beispiele für magnetische Partikel sind Partikel aus AlNiCo, Bariumferrit, Cobalt, CoPt3, CrO2, CuNiFe und CuNiCo-Legierungen, Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeCoCr-Legierungen, NdFeB-Legierungen, Ni, NiCuCo, NiFe, Strontiumferrit, SmCo, MnAs, EuO, Eisenoxid-haltige Pigmente. Beispiele für Matrixmaterialien sind Silikone oder thermo plastische Elastomere auf Basis von Olefinen, Poly-Urethanen, Styrolen und Polyamiden.In a particularly advantageous embodiment, the micro- and / or nanoparticles are magnetic or magnetizable particles. In the case of magnetizable particles, these are preferably magnetized after solidification of the layer with the same device with which the accumulation of the particles was controlled in the layer. Examples of magnetic particles are particles of AlNiCo, barium ferrite, cobalt, CoPt 3 , CrO 2 , CuNiFe and CuNiCo alloys, Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeCoCr alloys, NdFeB alloys, Ni, NiCuCo, NiFe , Strontium ferrite, SmCo, MnAs, EuO, iron oxide-containing pigments. Examples of matrix materials are silicones or thermoplastic elastomers based on olefins, polyurethanes, styrenes and polyamides.
Mit einer derartigen Membran lässt sich ein magnetischer Aktor realisieren, der die vorzugsweise elastische Membran mit den darin angehäuften Mikro- und/oder Nanopartikeln sowie eine Einrichtung zur berührungslosen Auslenkung der Membran aufweist, die ein auf die Membran wirkendes magnetisches Feld erzeugt.With Such a membrane can be a magnetic actuator realize the preferably elastic membrane with the therein accumulated micro- and / or nanoparticles and a device for Contactless deflection of the membrane, which has a generated on the membrane acting magnetic field.
Ein derartiger magnetischer Aktor lässt sich beispielsweise in Schaltelementen als magnetischer Schalter einsetzen. So besteht in der mobilen Kommunikationstechnik ein wachsender Bedarf an rekonfigurierbaren Antennen, welche beispielsweise durch das Verschalten von kleineren Einzelantennenelementen zu so genanten Patch-Antennen verschiedenster Geometrien realisiert werden können. Dazu ist eine größere Anzahl an getrennt voneinander ansteuerbaren Schaltern notwendig. Die Kosten für derartige intelligente Antennen sollten jedoch die der gegenwärtig verwendeten nicht wesentlich übersteigen. Aus diesem Grund ist eine Technologie zur Massenproduktion von rekonfigurierbaren Antennen einschließlich der Schalter notwendig, die sich kostengünstig realisieren lässt. Dies kann mit einer gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Elastomermembran mit lokal verteilten magnetischen Eigenschaften oder mit einem Array derartiger Membranen erreicht werden. Damit lassen sich Schaltarrays mit einer Vielzahl von matrixartig angeordneten, magnetisch aktuierbaren Schaltern realisieren.One Such magnetic actuator can be, for example use in switching elements as a magnetic switch. That is how it is In mobile communication technology there is an increasing demand for reconfigurable Antennas, for example, by interconnecting smaller Single antenna elements to so-called patch antennas a variety Geometries can be realized. This is a larger one Number of separately controllable switches necessary. The cost of such smart antennas should be however, not significantly exceed those currently used. Out This reason is a technology for mass production of reconfigurable Antennas including the switches necessary that are low cost. This can with a manufactured according to the present method Elastomer membrane with locally distributed magnetic properties or with an array of such membranes. In order to can switching arrays with a variety of matrix-like, magnetic realize actuatable switches.
In diesem Zusammenhang stellt die Lokalisierung der magnetischen Partikel in der Membran einen großen Vorteil dar, da diese Anhäufung zu einer geringen elektrischen Leitfähigkeit der Membran führt. Würde eine homogen mit magnetischen, elektrisch leitfähigen Partikeln beladene Elastomermembran in einer derartigen Anwendung in der Hochfrequenz- und Mobilfunktechnik verwendet, so würde diese als Schirmung fungieren und somit das Abstrahlverhalten der Antennen wesentlich beeinflussen. Handelt es sich jedoch nur um lokale Anhäufungen der Partikel in der Membran, so wird signifikant weniger bis keine ausgesendete Strahlung im Aktormaterial absorbiert.In In this context, the location of the magnetic particles in the membrane a big advantage, since this accumulation leads to a low electrical conductivity of the membrane. Would be a homogeneous with magnetic, electrically conductive Particles loaded elastomeric membrane in such an application used in high frequency and mobile technology, this would act as a shield and thus the radiation behavior of the antennas significantly influence. But these are just local clusters the particles in the membrane will be significantly less to none emitted radiation absorbed in the actuator material.
Ein weiteres sehr vorteilhaftes Anwendungsgebiet der mit dem Verfahren hergestellten Membranen bzw. des angeführten magnetischen Aktors besteht auf dem Gebiet der Pumpen und Ventile. Hier bietet ebenfalls die Anhäufung der magnetischen Partikel in ein oder mehreren Bereichen der Membran erhebliche Vorteile. Durch die Lokalisierung der Partikel in der Membran wird die meist negativ auftretende Versteifung der Membran durch die eingelagerten Partikel ebenfalls nur auf diese Teilbereiche beschränkt. Die Membran kann dadurch im Vergleich zu einer Membran mit homogen verteilten Partikeln gleicher Beladungsdichte wesentlich stärker ausgelenkt werden. Die Auslenkung erfolgt in bekannter Weise über ein externes Magnetfeld, durch das die magnetischen Bereiche der Membran zu Bewegungen oder auch zur lokalen Erwärmung angeregt werden können.One Another very advantageous application of the method produced membranes or the listed magnetic Aktors exists in the field of pumps and valves. Here offers also the accumulation of magnetic particles in one or several areas of the membrane considerable advantages. By the Localization of the particles in the membrane will be mostly negative occurring stiffening of the membrane by the embedded particles also restricted to these subareas. The membrane This can be compared to a membrane with homogeneously distributed Particles same load density deflected much stronger become. The deflection takes place in a known manner an external magnetic field through which the magnetic areas of the Membrane excited to movements or for local warming can be.
Auf dem Gebiet der Bioanalytik werden verstärkt Manipulationssysteme für kleinste Flüssigkeitsmengen benötigt, die in der Regel in Siliziumtechnologie ausgebildet sind. Für viele Anwendungen besteht jedoch der Bedarf an kostengünstigeren Alternativen. Mikropumpen und Mikroventile auf Basis von einfach zu prozessierenden Kunststoffen, wie Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren oder Silikonen, sind hierfür geeignet. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erzeugung einer elastischen Membran mit eingebetteten lokalisierten Magnetpartikeln können kostengünstige Anordnungen magnetisch aktuierter Mikropumpen und Mikroventile realisiert werden. Diese Aktoren bestehen aus mindestens einer elastischen Membran mit den lokalisierten Magnetpartikeln. Weiterhin ist mindestens eine felderzeugende Einrichtung, wie Spulen oder Permanentmagneten, ein wesentlicher Teil des Aktors. Pumpen oder Ventile weisen weiterhin mindestens eine Kammer mit zu- oder abführenden Kanälen auf. Typische Abmessungen der Querschnitte der Kammern und Kanäle liegen vorzugsweise unter 3 mm. Die aktorische Wirkung wird durch eine Veränderung des auf die Membran wirkenden Magnetfeldes realisiert. Je nach Art der eingebetteten Partikel resultiert eine anziehende oder abstoßende Kraft, die eine Form- und/oder Ortsveränderung der Membran zur Folge hat. Bei Pumpen folgt daraus eine Volumenverdrängung oder -erweiterung in der Kammer, was eine Bewegung des zu fördernden Mediums zur Folge hat. Handelt es sich bei dem Aktor um ein Ventil, so erzeugt die Form- oder Ortsveränderung der Membran eine Aufweitung oder Verengung bis hin zum Formschluss eines Kanaldurchmessers mit daraus resultierender Veränderung des fluidischen Widerstandes.On The field of bioanalytics is becoming increasingly manipulated needed for the smallest amounts of liquid, which are usually formed in silicon technology. For However, many applications require a more cost-effective alternative. Micropumps and microvalves based on easy-to-process Plastics, such as thermoplastics, thermosets, elastomers or silicones, are suitable for this. With the proposed method to produce an elastic membrane with embedded localized Magnetic particles can be inexpensive arrangements magnetically actuated micropumps and microvalves can be realized. These actuators consist of at least one elastic membrane with the localized magnetic particles. Furthermore, at least a field-generating device, such as coils or permanent magnets, an essential part of the actor. Pumps or valves continue to point at least one chamber with incoming or outgoing channels on. Typical dimensions of the cross sections of the chambers and channels are preferably less than 3 mm. The aktorische effect is through a change in the magnetic field acting on the membrane realized. Depending on the type of embedded particles results in a attractive or repulsive force that a shape and / or Movement of the membrane has the consequence. For pumps follows from this a volume displacement or extension in the Chamber, what a movement of the medium to be conveyed to Episode has. If the actuator is a valve, it is generated the shape or location change of the membrane an expansion or narrowing up to the positive fit of a channel diameter with resulting change in the fluidic resistance.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Das vorgeschlagene Verfahren sowie der vorgeschlagene Aktor werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The Proposed methods and the proposed actuator are hereafter based on embodiments in conjunction with the drawings briefly explained again. Hereby show:
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Neben
der Anhäufung der Partikel erfolgt bei asymmetrischen Mikro-
und/oder Nanopartikeln, insbesondere bei magnetischen Partikeln,
auch eine Ausrichtung der Partikel in der Schicht durch das Feld.
Eine derartige Ausrichtung der Partikel
Weiterhin lässt sich beispielsweise eine derartige Einrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds kombinieren, um eine Überlagerung der Felder zu erreichen. Dies ermöglicht den zielgerichteten Transport von magnetischen Nano- und/oder Mikropartikeln über den gesamten Bereich der Schicht.Farther For example, such a device can be included combine a device for generating a static magnetic field, to achieve an overlay of the fields. this makes possible the targeted transport of magnetic nanoparticles and / or microparticles the entire area of the layer.
Zur Herstellung einer derartigen Schicht wird in einem Beispiel ein 2-Komponenten-Silikon (PDMS) nach Herstellerangaben angemischt. Die Mikro- und/oder Nanopartikel werden anschließend als Füllstoffe untermengt, wobei der Füllgrad abhängig von Art, Größe und Struktur der Partikel ist. Im Falle von anisotropen Strontiumferrit-Partikeln werden beispielsweise gute Ergebnisse mit einer Konzentration von ca. 35 Vol% im Matrixmaterial erreicht. Im Falle von NdFeB als Mikro- und/oder Nanopartikeln eignet sich ein Anteil von ca. 50 Vol% im Matrixmaterial. Nach dem Untermengen der Füllstoffe wird die Dispersion aus Füllstoffen und Matrixmaterial im Exsikkator für ca. 20 Minuten entgast.to Preparation of such a layer is an example 2-component silicone (PDMS) according to manufacturer's instructions. The micro- and / or nanoparticles are then called Underlaid fillers, the degree of filling dependent of the type, size and structure of the particles. For example, in the case of anisotropic strontium ferrite particles good results with a concentration of about 35% by volume in the matrix material reached. In the case of NdFeB as micro and / or nanoparticles suitable a proportion of about 50% by volume in the matrix material. After the subsets The fillers become the dispersion of fillers and degas matrix material in the desiccator for about 20 minutes.
Anschließend
wird eine dünne Schicht von etwa 50 bis 100 μm
dieser Dispersion, die das noch unvernetzte PDMS und die Füllstoffe
enthält, auf ein Trägersubstrat aufgeschleudert.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich hierbei um einen 100 mm TOPAS®-Wafer. Der Wafer wird anschließend
in die Lokalisierungseinrichtung gebracht, d. h. beispielsweise
zwischen die beiden Formungseinheiten
Eine
derartige Membran oder ein derartiges Membranarray lässt
sich sehr vorteilhaft bei der Herstellung von Pumpen einsetzen.
In
gleicher Weise lassen sich auch Schaltelemente mit einer derartigen
Membran realisieren, wie dies stark schematisiert und beispielhaft
anhand eines geöffneten bzw. geschlossenen Einzelschalters
in der
- 11
- Schicht mit homogener Partikelverteilunglayer with homogeneous particle distribution
- 22
- streifenförmige Anhäufungstrip accumulation
- 33
- runde Anhäufunground accumulation
- 44
- Bereiche geringer Partikeldichteareas low particle density
- 55
- Mikro- und/oder Nanopartikelmicro- and / or nanoparticles
- 66
- Formungseinheitshaping unit
- 77
- Magnetkreismagnetic circuit
- 88th
- SpuleKitchen sink
- 99
- Substrat mit Schichtsubstratum with layer
- 1010
- oberer Trägerupper carrier
- 1111
- unterer Trägerlower carrier
- 1212
- Flachspuleflat coil
- 1313
- Bereich mit homogener VerteilungArea with homogeneous distribution
- 1414
- Bereich mit PartikelanhäufungArea with particle accumulation
- 1515
- Bereich mit niedriger PartikelkonzentrationArea with low particle concentration
- 1616
- Membranschichtmembrane layer
- 1717
- Siliziumsubstratsilicon substrate
- 1818
- Ausnehmungrecess
- 1919
- weiteres Substratadditional substratum
- 2020
- Elektromagnet mit hart- oder weichmagnetischem Kernelectromagnet with hard or soft magnetic core
- 2121
- KontakterhöhungenContact increases
- 2222
- Kontaktflächecontact area
- 2323
- Leiterbahnenconductor tracks
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - „A Robust Low-Cost PDMS Peristaltic Micropump With Magnetic Drive", Solid-State Sensor, Actuator and Microsystems Workshop, June 6–10, 2004, Seiten 270–273 [0003] "A Robust Low-Cost PDMS Peristaltic Micropump With Magnetic Drive", Solid State Sensor, Actuator and Microsystems Workshop, June 6-10, 2004, pp. 270-273 [0003]
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Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
FR2947813A1 (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-14 | Centre Nat Rech Scient | SYNTHETIC JET GENERATING MICROSYSTEM, MANUFACTURING METHOD AND CORRESPONDING FLOW CONTROL DEVICE. |
US20120323318A1 (en) * | 2010-03-03 | 2012-12-20 | Seikh Mohammad Yusuf | Flexible magnetic membrane based actuation system and devices involving the same |
WO2015114143A1 (en) * | 2014-02-03 | 2015-08-06 | Universität Kassel | Method for producing micro-objects |
DE102014003357A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-10 | Robert Bosch Gmbh | Process for the preparation of surface-modified silicone layers |
DE102014226138A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a device with a three-dimensional magnetic structure |
WO2021260271A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | A fluidic device, a fluidic system, a method for manufacturing an actuating magnet on a substrate, and a method for manufacturing a fluidic device |
US11268122B2 (en) | 2016-08-19 | 2022-03-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Foerderung der anaewandten Forschunq e.V. | Method of producing a cavity having a porous structure |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITTO20110347A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-21 | Fond Istituto Italiano Di Tecnologia | MAGNETIC ACTUATOR WITH NANOCOMPOSITE MEMBRANE |
US20200066963A1 (en) * | 2016-12-09 | 2020-02-27 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device and method |
US20210270253A1 (en) * | 2018-07-02 | 2021-09-02 | Trustees of Tuffs College | Systems and methods for a remote control actuator |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5480685A (en) * | 1993-10-22 | 1996-01-02 | Tomoegawa Paper Co., Ltd. | Method of making a magnetic recording medium comprising two magnetic layers |
US5472539A (en) * | 1994-06-06 | 1995-12-05 | General Electric Company | Methods for forming and positioning moldable permanent magnets on electromagnetically actuated microfabricated components |
EP0756272A3 (en) * | 1995-07-28 | 1997-05-07 | Eastman Kodak Co | Magnetic medium having permanent magnetic feature |
ITTO20020772A1 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-07 | Fiat Ricerche | METHOD FOR THE REALIZATION OF THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES |
-
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-
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
„A Robust Low-Cost PDMS Peristaltic Micropump With Magnetic Drive", Solid-State Sensor, Actuator and Microsystems Workshop, June 6–10, 2004, Seiten 270–273 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2947813A1 (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-14 | Centre Nat Rech Scient | SYNTHETIC JET GENERATING MICROSYSTEM, MANUFACTURING METHOD AND CORRESPONDING FLOW CONTROL DEVICE. |
WO2011004124A3 (en) * | 2009-07-07 | 2011-02-24 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) | Microsystem for generating a synthetic jet, corresponding manufacturing method and device for flow control |
US20120323318A1 (en) * | 2010-03-03 | 2012-12-20 | Seikh Mohammad Yusuf | Flexible magnetic membrane based actuation system and devices involving the same |
US9579434B2 (en) * | 2010-03-03 | 2017-02-28 | The Secretary Of Atomic Energy, Govt. Of India | Flexible magnetic membrane based actuation system and devices involving the same |
WO2015114143A1 (en) * | 2014-02-03 | 2015-08-06 | Universität Kassel | Method for producing micro-objects |
DE102014201898A1 (en) | 2014-02-03 | 2015-08-06 | Universität Kassel | Method of making micro-objects |
DE102014201898B4 (en) | 2014-02-03 | 2018-05-17 | Universität Kassel | Method of making micro objects and micro object |
DE102014003357A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-10 | Robert Bosch Gmbh | Process for the preparation of surface-modified silicone layers |
DE102014226138A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a device with a three-dimensional magnetic structure |
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US11268122B2 (en) | 2016-08-19 | 2022-03-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Foerderung der anaewandten Forschunq e.V. | Method of producing a cavity having a porous structure |
WO2021260271A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | A fluidic device, a fluidic system, a method for manufacturing an actuating magnet on a substrate, and a method for manufacturing a fluidic device |
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