2023-12-112023-12-11https://hdl.handle.net/11420/44550Nanoporosität in Silizium führt zu völlig neuen Funktionen dieses gängigen Halbleiters in zahlreichen Bereichen, die von der Nanofluidik und Biosensorik bis hin zur Arzneimittelversorgung, Energiespeicherung und Photonik reichen. Die schwer zu analysierende Elastizität hat jedoch die mechanische Erforschung und Anwendung dieses Halbleiters bisher stark eingeschränkt. Ziel dieses Projekts ist es, die Anwendungen von nanoporösem Silizium auf den Bereich der Phononik auszudehnen und ein neuartiges hybrides Nano-Materialsystem mit thermisch und elektrisch einstellbaren elastischen Eigenschaften zu entwickeln, das für den industriellen Bedarf skalierbar ist. Der Schlüssel dazu ist die Kombination von nanoporösem Silizium im Wafermaßstab mit Flüssigkristall-Elastomeren, die in den Poren eingeschlossen sind. Um das elastische Verhalten des Hybrids umfassend zu charakterisieren und zu verstehen, wollen wir die unvergleichlichen Einblicke nutzen, die die In-situ-Laser-Ultraschalltechnik und hochentwickelte Berechnungsmethoden bieten. Die Bewertung der Akustik wird die Beobachtung zahlreicher Effekte ermöglichen: den Einfluss der Porenmorphologie und der Orientierung des Porositätsgradienten auf die Wellenausbreitung, die Kompressibilität von flüssigkeitsähnlichen, viskoelastischen Materialien in beschränkten Räumen und die einstellbare Elastizität des Hybrids. Mit ergänzenden, fortschrittlichen Röntgenbeugungsuntersuchungen werden wir die Struktur der Flüssigkristall-Elastomere, die Rolle der Beschränkung und das Phasenverhalten bei verschiedenen Stimuli untersuchen. Letztlich werden uns diese Erkenntnisse eine Optimierung des Materialdesigns und der Synthese ermöglichen, um spezifische temperatur- und anregungsabhängige elastische Eigenschaften zu erzielen, die im Bereich der mikroelektromechanischen Systeme und im aufstrebenden Bereich der Phononik Anwendung finden könnten.Nanoporosity in silicon leads to completely new functionalities of this mainstream semiconductor in numerous fields ranging from nanofluidics and biosensorics to drug delivery, energy storage and photonics. However, a difficult to assess elasticity significantly limited its mechanical exploration and application so far. The ultimate goal of this project is to expand nanoporous silicon’s applications further to the phononic field and to develop a novel hybrid nano-material system with thermally and electrically tunable elastic properties, scalable to industrial needs. The key to achieve this is the combination of wafer-scale nanoporous silicon with liquid crystal elastomers confined in its pores. In order to comprehensively characterize and understand the hybrid’s elastic behavior, we propose to utilize the unparalleled insights provided by in-situ laser ultrasonics and sophisticated computational methods.The assessment of the acoustics will enable the observation of numerous effects: the influence of the pore morphology and porosity gradient orientation on wave propagation, the compressibility of liquid-like, viscoelastic materials in confined spaces and the hybrid’s tuneable elasticity. With complementary advanced X-ray diffraction investigations, we will explore the structure of the liquid crystal elastomers, the role of the confinement and the phase behavior on different stimuli. Ultimately, these insights will allow us to fine tune the material design and synthesis to achieve specific temperature and electric stimulus-dependent elastic properties with potential applications in the field of micro-electro-mechanical systems and in the emerging field of phononics.