Projekt: Simulation des Verdunstungsprozesses von Mikrotröpfchen auf Polymersubstraten / Profilanalyse von Mikrokratern auf Polymersubstraten
Institut(e)/Einrichtung(en):
Universität Siegen, Institut für Systemtechnik
Lehrstuhl für Simulationstechnik und Informatik im Maschinenbau, FB 11 / FB 12
http://www.simtec.mb.uni-siegen.de/ 
Projektpartner/Förderung:
- DFG Forschergruppe FOR 516 „Mikro- und Nanochemie: Physikalische und chemische Grundlagen, Komponenten und Systeme für die Lab-on-Microchip Technologie“, http://www.cu.uni-siegen.de/
- Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P), http://www.mpip-mainz.mpg.de/
- Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM), http://www.imm-mainz.de/
- Institut für Wissenschaftliches Rechnen, FB 6, Universität Siegen, http://www.math.uni-siegen.de/suttmeier/
Personen:
- Dipl.-Ing. Thomas Haschke, haschke@simtec.mb.uni-siegen.de
- Hendrik Payer, hendrik.payer@student.uni-siegen.de
- Prof. Dr. Wolfgang Wiechert, wiechert@simtec.mb.uni-siegen.de
Projektbezeichnung:
- Simulation des Verdunstungsprozesses von Mikrotropfen auf Polymersubstraten
- Profilanalyse von Mikrokratern auf Polymersubstraten
Forschungsgebiet/Kontext:
Grundlagenforschung für Lab-on-Microchip-Systeme, Verdunstung von Mikrotropfen
Projektbeschreibung:
Mit Hilfe dieser Arbeit sollen Aussagen über das Verhalten von fluidischen Systemen im Mikro- und Nanometermaßstab gewonnen werden. Dazu wird konkret der Verdunstungsprozess eines Toluol-Mikrotropfens auf einem Polystyrol-Substrat untersucht. Während der Verdunstung des Toluols entsteht aufgrund der im Tropfen ablaufenden physikalisch-chemischen Prozesse auf dem Substrat ein Mikrokrater, der z.B. zur Herstellung von Mikrolinsen verwendet werden kann. Mit Hilfe eines Simulationsmodells können die wichtigsten physikalisch-chemischen Prozesse dieses Systems beschrieben werden, so dass der resultierende Mikrokrater reproduziert werden kann.
- Der Rubens-Cluster wird einerseits im Rahmen von Parameterstudien und Sensitivitätsanalysen der wichtigsten Prozesse während der Verdunstung genutzt, die aus Gründen der Rechenkapazität und der zeitlichen Dauer nicht auf herkömmlichen PCs durchgeführt werden können.
- Andererseits muss ein Vergleich von experimentellen Daten und Simulationen gewährleistet werden. Daher werden die Mikrokrater mit Hilfe eines konfokalen Profilometers oder eines Rasterkraftmikroskops vermessen. Die so gewonnenen Daten sind teilweise verrauscht und vor allem für einen Vergleich zu komplex, so dass eine Datenreduktion unbedingt erforderlich ist. Um das experimentelle Kraterprofil unter Annahme von Rotationssymmetrie möglichst gut mit Hilfe von B-Splines nähern zu können, ist eine zeitaufwendige und komplexe Optimierung notwendig. Diese wird ebenfalls auf dem Rubens-Cluster durchgeführt.
