The hydrogen and
fuel cell center
ZBT GmbH

Aktoren für Mikropumpen auf Basis einer Nafion® getränkten Si-Trägerstruktur

In einem nun abgeschlossenen IGF-Projekt wurden Si-MEMS-Strukturen als Trägerstruktur für Mikro-Aktoren unter Nutzbarmachung der Bewegung von Nafionmembranen in einem elektrischen Feld erforscht.

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

AiF-FV-Nummer 18593 N 01.01.2017 bis 31.03.2020

Darstellung des Konzeptes

In Zusammenarbeit Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. in Villingen-Schwenningen haben wir das Projekt "Entwicklung und Anwendung eines funktionsintegrierten Mikroaktors auf Basis ionischer Polymer-Metall Komposite“ (MEMS IPMC) abgeschlossen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines funktionsintegrierten Mikroaktors auf Basis ionischer Polymer-Metall Komposite. Es konnte gezeigt werden, dass Mikro-Aktoren für die Anwendung als Mikro-Flüssigkeitspumpe geeignet sind und auch IPMC-Aktoren für diesen Zweck basierend auf den durchgeführten Simulationen eingesetzt werden können. Es wurden Si-Membranen für diesen Zweck entsprechend von Simulationen ausgewählt und mittels Nafion® erfolgreich durch eine Ultraschall-Sprühbeschichtung mit einer Polymerelektrolytschicht überzogen und Poren gefüllt.

Als Basis für die Aktortätigkeit der eingesetzten Nafion®-Membran wird das Prinzip ionischer Polymer-Metall Komposite (IPMC) ausgenutzt. Innerhalb eines Elektrischen Feldes kommt es hierbei zu einer Bewegung, ähnlich einem künstlichen Muskel. Um eine dauerhafte Nutzung z.B in einer Mikropumpe zu ermöglichen, wird zusätzlich jedoch auch eine Verstärkung der Membran notwendig. Hierfür wurde passende Si-MEMS-Strukturen entwickelt, welche ausreichend häufige Auslenkungen standhalten und zugleich einen genügend staken Ausschlag ermöglichen, um den Einsatz in Mikro-Pumpen zu erlauben.