Ny avhandling om mikrosystem för krävande miljöer

För att kunna ersätta konventionella lösningsmedel i olika mikrosystem med snällare alternativ som koldioxid och vatten ställs större krav på systemen. De måste tåla högt tryck och höga temperaturer. I sin nya avhandling presenterar Stefan Knaust bland annat den hittills starkaste membranbaserade mikropumpen som klarar att pumpa mot ett tryck som är 130 gånger atmosfärstrycket.

När dimensioner på komponenter minskas ner till mikroskala blir vanligtvis spröda material användbara för annars otänkbara strukturer så som flexibla membran. Även fysikens lagar beter sig annorlunda jämfört med vad vi förväntar oss i vår vardag eftersom ytors betydelse ökar med minskade dimensioner. För mikrosystem som hanterar vätskor i små kanaler, även kallat mikrofluidik är detta fördelaktigt då det medför kortare transportvägar, mindre provvolymer och en enklare hantering av värme, för att nämna några exempel.

Då många mikrosystem arbetar vid atmosfärstryck och rumstemperatur är de inte anpassade för krävande tillämpningar och miljöer så som höga tryck och höga temperaturer. Genom att möjliggöra höga tryck och temperaturer i mikroskala öppnas dock möjligheter till nya analystekniker och att kunna använda lösningsmedel inom området grön kemi som annars inte är tillgängliga.

Fokus inom grön kemi är att ersätta konventionella lösningsmedel med mer harmlösa alternativ så som koldioxid och vatten. För att åstadkomma detta behöver en vätska eller gas värms och trycksätts förbi den kritiska punkten, där den övergår till att ha egenskaper emellan de två, även kallat det superkritiska tillståndet. När tryck och temperatur ändras för ett flödande medium kommer dess egenskaper att ändras och därmed dess beteende.

För att bibehålla kontroll även under förändrade förutsättningar i mikrofluidala system har Stefan Knaust i sin avhandling studerat dessa förändringar för koldioxid i sitt superkritiska tillstånd i kontakt med vatten.

För att kunna hantera höga tryck och höga temperaturer i mikroskala behövs även kompatibla komponenter för dessa miljöer. Grundläggande komponenter för att påverka flöden är ventiler, pumpar och flödesbegränsare, vilka i dagsläget saknas i hög grad för att kunna hantera höga tryck.

I avhandlingen presenteras mikroventiler som visats hålla tätt mot tryck över 20 MPa, samt den hittills starkaste membranbaserade mikropumpen som visats klara att pumpa mot ett tryck på 13 MPa vilket är 130 gånger atmosfärstrycket.

För mer information om avhandlingen Microsystems for harsh environments kontakta Stefan Knaust, doktorand vid institutionen för teknikvetenskaper, mikrosystemteknik, tel: 070-3406853, e-post: Stefan.Knaust@angstrom.uu.se