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Projekte - Detailansicht

C01 - Mikro- und nanooptische Sensorik

Leitung:Prof. Zappe
Bearbeitung:Stanislav Sherman
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Das Gesamtziel des SFB „PlanOS“ ist die Realisierung einer Polymerfolie als vollintegrierte, verteilte Sensorfläche. Dabei kommt optischen Sensoren eine Schlüsselrolle zu: Sie übersetzen Messgrößen in optische Signale, welche durch das optische Netzwerk der Folie zu einer Auswerteeinheit übertragen werden. Im Fokus dieses Teilprojekts steht die Entwicklung und Herstellung polymerbasierter mikro- und nano-optischer Temperatursensoren.

Messprinzip:

Das Licht wird in der Polymerfolie selbst durch integrierte Lichtwellenleiter geführt. Zur Temperaturmessung ist in diese Lichtwellenleiter ein entsprechend berechnetes optisches Gitter (das sogenannte Bragg-Gitter) eingebaut. Es hat die Eigenschaft alle Wellenlängen (Lichtfarben) durchzulassen bis auf eine, welche zurückreflektiert wird. Bei Erwärmung dehnen sich die Folie und das Gitter aus, wodurch die zurückreflektierte Wellenlänge geändert wird. Durch die Messung dieser Änderung lässt sich die momentane Temperatur bestimmen.

Aufgaben und Herausforderungen:

Polymermaterialien sind besonders für die Herstellung der oben beschriebenen Sensoren geeignet. Durch ihre hohe Temperaturausdehnung kann eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung der Sensoren erreicht werden. Allerdings stellen Polymermateriealien durch ihre Eigenschaften auch eine Reihe von Herausforderungen dar.

Zum einen müssen die verwendeten Polymere eine hohe Homogenität zeigen und ihre Eigenschaften auch bei Verformung erhalten, um besonders verlustarme flexible Lichtwellenleiter zu erreichen. Zum anderen müssen sie die Abformung von Nanostrukturen erlauben, welche durch Massenfertigungsverfahren auf der Folie gedruckt werden können. Dazu werden im Laufe der Entwicklung spezielle Stempel für Nano-Aufdruck und Heißprägen hergestellt.

Die Herstellungsverfahren werden in Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten auf die optimierten Materialien angepasst um eine hohe Qualität der Gitterstrukturen zu gewährleisten und somit die Genauigkeit und die Empfindlichkeit der Sensoren zu verbessern.

Die Unterscheidung zwischen thermischer und mechanischer Änderung der optischen Gitter stellt eine weitere Herausforderung dar. Die beiden Einflüsse führen zu ähnlichen Variationen im Messsignal. Um zwischen den beiden Effekten unterscheiden zu können, müssen besondere Gittergeometrien entwickelt und Anordnungen aus mehreren Gittern eingesetzt werden.

Zur Herstellung der erforderlichen Nanostrukturen werden im Laufe des Projekts komplexe Herstellungsmethoden entwickelt und mit Mikrostrukturierungsverfahren kombiniert. Ferner werden Schnittstellen zur Kombination der entwickelten Sensoren mit den Entwicklungen der Partnerteilprojekte erzeugt. Diese Schnittstellen werden am Ende der Entwicklungsphase den Aufbau eines Sensornetzwerks aus diversen Sensortypen ermöglichen.

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