Optimierte dielektrische Benetzungseigenschaften im Fokus
Elektrobenetzung auf Dielektrikum (Electrowetting on dielectric, EWOD) kommt durch die Änderung der Benetzungseigenschaften eines dielektrischen Materials mit Hilfe eines angelegten elektrischen Felds zustande. Die Kontrolle von Wassertröpfchen auf dielektrischen isolierenden Materialien ist in der letzten Zeit zu einem heißen Forschungsthema geworden. Die Elektrobenetzung hat eine Reihe spannender Anwendungen bei der Entwicklung neuer Typen elektrischer Anzeigegeräte, Autofokus-Flüssiglinsen für Mobiltelefone und Video-Speed-Smart-Paper. Es ist außerdem möglich, die Oberflächenspannungseigenschaften sowie Transport, Teilen, Zusammenführen und Mischen von Tröpfchen auf einem Lab-on-a-Chip-System zu modifizieren. Das Projekt "Electrowetting dynamics" (EWETDYNAM) konzentrierte sich unter Berücksichtigung von Preis, Stabilität und Funktionalität auf die Verbesserung der bei der Elektrobenetzung eingesetzten Dünnschichtmaterialien. Die Forschung ergab, dass Tantalpentoxidschicht ein Dünnschichtmaterial ist, bei dem eine hohe Dielektrizitätskonstante in Kombination mit hoher Schlagfestigkeit und geringer Pinhole-Dichte auftritt. Tantalpentoxid ist eine ideale dünne Isolatorschicht für EWOD, da es eine Elektrobenetzung bei sehr niedrigen Spannungen gestattet. Ein Teil der Forschungsarbeit konzentrierte sich auf die optimierte Anodisierung von Tantal. Hierbei dient Tantal in einer Elektrolytlösung als Anode. Es beginnen niedrige Strom zu einer Platinkathode zu fließen, bis die Dicke der Tantalpentoxidschicht zunimmt und die Anodisierspannung ihr Maximum erreicht. Das Tantalpentoxid wurde mit Hilfe der Impedanzspektroskopie, der Rasterkraftmikroskopie und der Ellipsometrie charakterisiert. Man legte Spannungen zwischen 5 und 10 V an, um kleine Mengen Flüssigkeit durch Elektrobenetzung zu manipulieren. Die Forscher untersuchten neben der Messung des Kontaktwinkels und Durchmessers der abgelagerten Tröpfchen aus Wasser und Öl auch die Kontaktwinkeländerung von Flüssigkeiten. Man stellte fest, dass der Kontaktwinkel mit der angelegten Spannung bis zur Kontaktwinkelsättigung zunimmt. Die Schichtdicke variiert mit der angelegten Spannung und die dielektrische Schicht wird bei angelegten Spannungen, die größer als ein Drittel der Anodisierspannung sind, elektrisch leitfähig. Eine Abnahme ist gleichermaßen bei zunehmender Modulationsfrequenz zu beobachten. EWETDYNAM konnte somit durch die Untersuchung der Effekte vieler Parameter bei Tantalpentoxid eine bessere Manipulation von Tröpfchen durch Elektrobenetzung realisieren.
