Foturan
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- Glas
Foturan ist ein fotosensitives Glas, das von dem Unternehmen Schott hergestellt wird. Es handelt sich dabei um ein technisches Glas, das sich bedingt durch seine Fotoempfindlichkeit hervorragend strukturieren lässt. Äquivalente fotosensitive Gläser gibt oder gab es noch von den Unternehmen Corning (Fotoform) und von Hoya (PEG-3).
Zusammensetzung und Eigenschaften
| Glas | Keramik (braun) | |
|---|---|---|
| mechanische Eigenschaften | ||
| Elastizitätsmodul in (10³ · N/mm²) | 78 | 88 |
| Poissonzahl | 0,22 | 0,19 |
| Knoop-Härte in N/mm² | 4600 | 5200 |
| Bruchmodul (mit 4-Punkt-Verfahren) in N/mm² | 60 | 150 |
| Dichte in g/cm³ | 2,37 | 2,41 |
| thermische Eigenschaften | ||
| Ausdehnung a20-300 in 10-6·K-1 | 8,6 | 10,5 |
| Temperaturleitfähigkeit bei 20 °C in W/mK | 1,35 | 2,73 |
| Spez. Wärme bei 25 °C cal/(g·°C) | 0,21 | 0,22 |
| Transformationstemperatur in °C | 465 | - |
| Max. Einsatztemperatur in °C | 450 | 750 |
| elektrische Eigenschaften | ||
| Spezifischer Widerstand bei 25 °C in Ω·cm | 8,1·1012 | 5,6·1016 |
| Spezifischer Widerstand bei 200 °C in Ω·cm | 1,3·107 | 4,3·107 |
| Dielektrizitätskonstante 1 MHz bei 20 °C | 6,5 | 5,7 |
| Verlustwinkel tan δ 1 MHz bei 20 °C | 65·10-4 | 25·10-4 |
| chemische Eigenschaften | ||
| Hydrolysebeständigkeit nach DIN 12111 in µgNa2O/g | 468 | 1300 |
| Säureresistenz nach DIN 12116 in mg/dm² | 0,4 | 0,9 |
| Laugenresistenz nach DIN 52322 in mg/dm² | 96 | 250 |
| optische Eigenschaften | ||
| Brechzahl für λ=546,1 nm bei 25 °C | 1,515 | |
| Material | SiO2 | LiO2 | K2O | Al2O3 | Na2O | ZnO | Sb2O3 | Ag2O | CeO2 |
| Anteil | 75-85 % | 7-11 % | 3-6 % | 3-6 % | 1-2 % | 0-2 % | 0,30 % | 0,10 % | 0,02 % |
Belichtung
Wenn Licht mit einer Wellenlänge 312 nm durch eine Fotomaske auf das Glas trifft, wird in diesen belichteten Bereichen eine chemische Reaktion gestartet (enthaltenes Ce3+ geht in die energetisch günstigere Form des Ce4+-Zustands über und gibt ein Elektron ab. Das Silber-Ion Ag+ nimmt das Elektron auf und ein Ag-Keim entsteht. Ähnlich wie bei einem Foto, oder einem fotolithographischen Silizium-Strukturierungsprozess zur Chipherstellung.
- $ Ce^{3+}+hv(312\ \mathrm {nm} )\longrightarrow Ce^{4+}+e^{-} $ (Sensibilisator)
- $ Ag^{+}+e^{-}\longrightarrow Ag $ (Kristallisationskeimbildung)
Das im Foturan vorkommende Antimon fungiert dabei als Stabilisator der Ce3+-Ionen, damit selbige nicht schon vor der Belichtung in den Ce4+-Zustand übergehen.
- $ 2\,Ce^{4+}+Sb^{3+}\Leftrightarrow 2\,Ce^{3+}+Sb^{5+} $
Stabilisierung
Bei einem anschließenden „Temperprozess“ bilden sich an diesen belichteten Bereichen nun Lithiummetasilicate (Glaskeramik). Das sonst amorphe Glas nimmt also in diesen Bereichen eine kristalline Struktur an. Diese Keramik lässt sich mittels Flusssäure in etwa zwanzigmal schneller ätzen als der „Rest“ des Glases. Somit ist es möglich, Strukturen mit einem Aspektverhältnis von ca. 10:1 zu erzeugen.
Verwendung
FOTURAN findet hauptsächlich in der Mikrotechnik und in der Mikroreaktionstechnik Anwendung. Es eignet sich zum Beispiel für die Herstellung von Bauteilen für: Mikrotechnik, electronic packaging, mikrofluidische Komponenten, FED Spacer, Biotechnologie (Titerplatten) usw.
Durch ein thermisches Diffusionsfügeverfahren ist es zudem möglich, mehrere strukturierte Foturan-Glasschichten miteinander zu verbonden, um somit komplexe dreidimensionale Mikroreaktoren herzustellen.
Weblinks
Quellen
- T.R. Dietrich, W. Ehrfeld, M. Lacher, B. Speit: Mikrostrukturprodukte aus fotostrukturierbarem Glas. In F&M 7-8 (1996) 520-524
- T.R. Dietrich, A. Freitag, R. Scholz: Herstellung und Eigenschaften von Mikroreaktoren aus Glas. In Chemie Ingenieur Technik, Volume 76, Issue 5 , S. 575 - 580 (2004) [1]
- W. Ehrfeld (Hrsg.): Handbuch Mikrotechnik. Carl Hanser Verlag, München Wien 2002, ISBN 3-446-21506-9