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Richard W. Rambach

• Diese Arbeit widmet sich verschiedenen Anwendungen von akustischen Oberflächenwellen (SAW) in der Mikrofluidik. Es wird die Visualisierung des Schallpfades einer solchen Welle, erzeugt durch einen digitalen Schallwandler (IDT), in einem dünnen Flüssigkeitsfilm gezeigt. Die einkoppelnde SAW verformt die Flüssigkeitsoberfläche. Diese Verformung führt zu einem optischen Kontrast. Die optische Sichtbarkeit des Schallpfades hängt von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Dieser Zusammenhang wird theoretisch untersucht und anhand verschiedener Flüssigkeiten experimentell belegt. Die Methode ermöglicht das einfache und schnelle Messen der Anisotropie und Schallgeschwindigkeit des piezoelektrischen Substrats, auf welchem die SAW propagiert. Darüber hinaus kann diese Technik zum Charakterisieren und Testen von verschiedenen IDT Designs verwendet werden und macht so andere teure und komplizierte Aufbauten überflüssig. Im Weiteren wird die kontrollierte Einkopplung einer SAW inDiese Arbeit widmet sich verschiedenen Anwendungen von akustischen Oberflächenwellen (SAW) in der Mikrofluidik. Es wird die Visualisierung des Schallpfades einer solchen Welle, erzeugt durch einen digitalen Schallwandler (IDT), in einem dünnen Flüssigkeitsfilm gezeigt. Die einkoppelnde SAW verformt die Flüssigkeitsoberfläche. Diese Verformung führt zu einem optischen Kontrast. Die optische Sichtbarkeit des Schallpfades hängt von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Dieser Zusammenhang wird theoretisch untersucht und anhand verschiedener Flüssigkeiten experimentell belegt. Die Methode ermöglicht das einfache und schnelle Messen der Anisotropie und Schallgeschwindigkeit des piezoelektrischen Substrats, auf welchem die SAW propagiert. Darüber hinaus kann diese Technik zum Charakterisieren und Testen von verschiedenen IDT Designs verwendet werden und macht so andere teure und komplizierte Aufbauten überflüssig. Im Weiteren wird die kontrollierte Einkopplung einer SAW in einen PDMS Mikrokanal demonstriert. Der im Kanal von der SAW aktuierte Bereich und die Einkopplungsrichtung kann durch einen mehrschichtigen Polydimethylsiloxan (PDMS) Aufbau festgelegt werden. Zudem kann eine stehende, akustische Oberfläche (SSAW) mit nur einem einzelnen IDT realisiert und die Form der SSAW durch die Geometrie des Aufbaus bestimmt werden. Der im Mikrokanal von der SAW beeinflusste Bereich kann unabhängig von der IDT Geometrie kontrolliert werden. Diese Flexibilität wird durch die geringe Dämpfung und beliebige Ausrichtung der SAW und die Wiederverwendbarkeit des Aufbaus unterstrichen. Um die Möglichkeiten dieser neuen Technik zu demonstrieren, wird die Separation und die Ablenkung von Partikeln demonstriert. Die Ablenkungsdistanz ist im Gegensatz zu bereits publizierten Methoden unabhängig von der Wellenlänge und somit nicht mehr wie bisher auf ein Viertel der Wellenlänge beschränkt. Außerdem werden zwei mikrofluidische Tropfenfallen, wiederum durch mehrlagige Geometrien realisiert, untersucht. Das Fangen der Tropfen geschieht im ersten System aufgrund von den Druckverhältnissen, im zweiten System, mit fünf Fallen, kann das Einlesen der Fallen akustisch induziert werden. Das selektive Herausschieben eines Tropfens aus einer Falle wird durch einen kurzen SAW Puls realisiert. Die fünf Fallen im zweiten System können je nach Position der SAW gezielt angesprochen werden. Im System mit nur einer Falle reicht bereits eine Pulslänge von 2 ms zum Auslesen der Falle. Die benötigte Energie, zusammengesetzt aus Pulslänge und Leistung, wird in beiden Systemen gemessen und ein konstanter Wert für das erste System gefunden. Darüber hinaus wird die Abhängigkeit der Tropfengröße auf das System untersucht. Abschließend werden die Druckverhältnisse im Mikrokanal abgeschätzt und die im Experiment gefundene, benötigte Leistung mit einem einfachen theoretischen Modell verglichen.…