Die Mikrofluidik hat sich aufgrund ihrer Bedeutung für die pharmazeutische und medizinische Industrie, Unterhaltungselektronik bis hin zur Luft- und Raumfahrttechnik in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Forschungsbereich mit großer technologischer Relevanz entwickelt. In vielen Anwendungen spielt der Wärmeübergang eine sehr große Rolle, um z.B. mit komplexen mikrofluidischen Kanälen effizient thermisch hoch belastete elektronische Bauteile zu Kühlen (z.B. Computerprozessoren). Die Auslegung dieser Kanäle beruht oft auf einfachen Designregeln, da die experimentelle Qualifizierung technisch nicht möglich ist, weil simultane 3D Strömungs- und Temperaturfeldmessungen in mikroskopischen Kanälen nicht möglich sind. Damit ergeben sich große Unsicherheiten und Effizienzverluste bei der Auslegung. Das Ziel dieses Forschungsprojekts besteht in der Weiterentwicklung einer auf Flüssigkristallpartikel (TLC) beruhenden 3D Messtechnik, die es ermöglicht gleichzeitig 3D Strömungs- und Temperaturfeldmessungen in mikroskopischen Kanälen zu realisieren. In den letzten Jahren wurden dafür vom Antragsteller die technologischen Grundlagen geschaffen. In diesem Forschungsvorhaben sollen die technologischen Fortschritte im Bereich der TLC Partikel, CMOS Kameras, Auswerteprogramme und Kalibriermethoden genutzt werden, um deutlich zuverlässigere und genauere Messungen in komplexen mikroskopischen Geometrien durchführen zu können. Darüber hinaus soll gezielt untersucht werden, mit welcher Zeitkonstante das Farbsignal der Partikel sprunghafte Änderungen der Temperatur erfassen kann und ob starke Strömungsgradienten zu systematischen Messfehlern führen können. Die Beantwortung dieser Fragen ist wesentlich um den Einsatzbereich der Messtechnik festzustellen.
 
 
Fördergeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
 
Veröffentlichungen:
  • Massing J, Kaden D, Kähler CJ, Cierpka C (2016) Luminescent two-color tracer particles for simultaneous velocity and temperature measurements in microfluidics. Measurement Science and Technology 27:115301
  • Baczyzmalski D, Weier T, Kähler CJ, Cierpka C (2015) Near-wall measurements of the bubble-and Lorentz-force-driven convection at gas-evolving electrodes. Experiments in Fluids 56:162
  • Segura R, Rossi M, Cierpka C, Kähler CJ (2015) Simultaneous three-dimensional temperature and velocity field measurements using astigmatic imaging of non-encapsulated thermo-liquid crystal (TLC) particles. Lab on a Chip 15:660-663
  • Segura R, Cierpka C, Rossi M, Joseph S, Bunjes H, Kähler CJ (2013) Non-encapsulated thermo-liquid crystals for digital particle tracking thermography/velocimetry in microfluidics. Microfluidics and Nanofluidics 14:445-456