Aktiver Hybridmikroresonator mit reduzierter Dämpfung für die Sensorik in viskoser Umgebung

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Durch ein neuartiges Design eines sehr kompakten, elektrisch aktiven Hybrid-Mikroresonators auf Basis einer piezoelektrischen AlN-Membran mit integrierter Siliziumsäule ist es erstmals möglich, Mikroresonatoren in Flüssigkeiten mit einem Gütefaktor von ca. 1.000 (Resonatoren in der Literatur < 10) zu betreiben und diese für die mikrofluidische Sensorik einzusetzen. Kernstück ist eine schwingende Säule, bei der nicht der komplette Resonator sondern Design-bedingt nur seine sehr kleine Kopffläche in Immersion gebracht wird. Es soll experimentell und theoretisch überprüft werden, ob damit eine erhöhte Messempfindlichkeit in Flüssigkeiten erzielt werden kann. Die piezoelektrische Membran fungiert gleichzeitig als Aktor und/oder Sensor. Dies ermöglicht es erstmals, Referenzsonden auf dem gleichen Chip mit geringem Aufwand parallel zu betreiben, um Drift-Effekte (Temperaturvariation, Druck, Alterung, etc.) zu identifizieren und eine parallel Analytik aufzubauen. Das neue Design erlaubt eine sehr präzise Herstellung bei geringem technologischem Aufwand. Dieser Hybridresonator wird für die Untersuchung fluiddynamischer Eigenschaften (Viskosität, hydrodynamisches Dämpfung) und den Nachweis kleinster Massen in Gasen (nahezu nicht-viskos) und Flüssigkeiten (viskose Medien) eingesetzt, wobei zusätzlich der Einfluss der Benetzungseigenschaften untersucht werden soll. Das über das Projekt hinausgehende Ziel ist die Etablierung als biologisch empfindlicher, sehr kompakter Resonator in mikrofluidischen Systemen.