Durch Poren im Sub-Mikrometerbereich effizient filtrieren

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Andererseits eignen sich Mikrosiebe zur Filtration großer Volumenströme von Gasen oder Flüssigkeiten, in denen so wenig Feststoffanteil vorhanden ist, dass die Bildung eines Filterkuchens nicht zu erwarten ist. So sind Mikrosiebe z.B. als Sicherheitsfilter in medizinischen Produktionsanlagen denkbar oder zur Aufkonzentration und quantitativen Analyse von Partikeln in der Luft von Reinräumen oder von Mikroorganismen in Trinkwasser [6]. Weiterhin eignen sich Mikrosiebe als Stützstrukturen für ultradünne Trennmembranen, z.B. für Edelmetahlmembranen, die zur Reinigung von Wasserstoff eingesetzt werden [7 – 8].

Unterschiedliche Verfahren zur Mikrosieb-Herstellung

Mikrosiebe wurden ursprünglich von Prof. Cees van Rijn von der Universität Wageningen entwickelt. Prof. van Rijn verwendet zur Herstellung seiner Mikrosiebe photolithographische Verfahren. [9 – 13] Das heißt, er bringt lichtempfindliche Lackschichten auf Siliziumwafer oder andere anorganische Substrate auf, belichtet diese Lackschichten durch eine Maske und entfernt zunächst die belichteten Stellen und anschließend das darunter befindliche Material durch selektives Ätzen. Über dieses Verfahren kann man keramische Mikrosiebe mit nahezu beliebig kleinen Poren herstellen. Lediglich in dem Abstand zwischen benachbarten Poren gibt es bei diesen Verfahren Untergrenzen.

Diese Mikrosiebe sind sehr robust, mittlerweile kommerziell erhältlich und für viele Anwendungen sicherlich die beste Wahl. Allerdings unterliegt ihre Herstellung den für Lithographietechniken üblichen Beschränkungen: Die Membranfläche ist limitiert und man benötigt die entsprechende apparative Ausstattung. Daher wurden von verschiedenen Gruppen weitere Herstellungsverfahren für Mikrosiebe entwickelt, bei denen Membranen auch aus anderen Materialien hergestellt werden können und Lithographietechniken teilweise oder vollständig umgangen werden.

Prof. van Rijn von der Universität Wageningen, Prof. Matthias Wessling von der RWTH Aachen und Prof. Rob Lammertink von der Universität Twente stellen über Lithographietechniken „Nadelkissen“ her und überschichten diese so mit einer Polymerlösung, dass die „Nadeln“ diese vollständig durchdringen. Anschließend wird das Polymer aus der Lösung ausgefällt, sodass sich eine perforierte Membran bildet, welche sich leicht vom „Nadelkissen“ ablösen und als Mikrosieb verwenden lässt [13 – 15]. Weiterhin gibt es durchbrochene Metallfolien, mit Löchern in der Größenordnung von mehreren Mikrometern im freien Handel. Metallfolien mit Löchern kleinerer Durchmesser gibt es zumindest als experimentelle Membranen: so erzeugt Dr. Ilka Gehrke vom Fraunhofer Institut Umsicht über galvanische Abformung lithographisch erzeugter Templates Metallsiebe mit sub-mikroskopischen Löchern [16].

An der Technischen Universität Chemnitz werden Mikrosiebe im Schwimmgießverfahren hergestellt [17 – 19]: Dabei werden schwer flüchtige aushärtbare „Öle“ zusammen mit kleinen wasserabweisend beschichteten Partikeln aus Kieselgel auf eine Wasseroberfläche gegossen (s. Abb. 2). Wenn sich die Kieselgelpartikel und das „Öl“ gleichmäßig verteilt haben, wird das Öl durch Belichten mit ultraviolettem Licht ausgehärtet.

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