MicroMegazine

1MegazineMicroMicro Megazine – 2009 no1

Melkpoeder maken met de printkopMicroliters meten met minuscule trillingenAutonome zonnesensoren voor microsatellietenMicroribbels zuiveren meer water

MicroMegazine1 e j a a r g a n g • n u m m e r 1 • m a a r t 2 0 0 9

NedMicroISSN 1877-301X

2 MegazineMicroMicro Megazine – 2009 no1

MegazineMicroMicro Megazine Jaargang 1, no 1, maart 2009

Inhoudsopgave

3 Melkpoeder uit de printer De huidige manier om melkpoeder en andere poederproducten op basis van zuivel maken, is vrij onbe-heersbaar gebleken. De vorm, de grootte en de dichtheid van de korreltjes zijn van grote invloed op de oplosbaarheid en op de hoeveelheid poeder die in een zak past. Met verfijnde inkjettechnologie blijkt het proces ineens heel beheersbaar.

8 Eerste ‘onafhankelijke’ zonnesensor ontwikkeld Kleine satellietjes leiden tot kleinere instrumenten, dat lijkt logisch. Maar dan blijken ineens de kabelverbindingen tussen allerlei componenten in de satelliet een relatief groot volume en gewicht in te nemen. Waar mogelijk worden de kabels vervangen door draadloze verbindingen, maar voor energie-voorziening werkt dat niet. Daarom is de nieuwe en energiezuinige zonnesensor van TNO voorzien van z’n eigen zonnepaneeltje.

14 Microfiltratie: Geribbelde rietjes vergroten capaciteit waterzuivering Capillaire membranen, ofwel holle vezels, worden op grote schaal toegepast voor het zuiveren van zowel drinkwater als industrieel afvalwater. De zuiveringsinstallaties zijn echter groot en moeten vaak worden gereinigd. Door aan de binnen en/of buitenkant ultra fijne ribbeltjes aan te brengen, verdubbelt de flux en blijken de vezels minder snel dicht te slibben. De verhoogde doorstroom betekent dat de filters kleiner kunnen worden en steeds vaker kunnen worden toegepast op de plek van het watergebruik.

20 Micro-coriolis-sensor voor minuscule massastromen Naarmate de techniek het toestaat, wil de pharmaceutische industrie steeds exacter weten hoeveel van de werkzame stof er in het poeder of het pilletje zit. De voedingsindustrie gaat steeds vaker vitaminen en andere stoffen toevoegen, waarvan de dosering uiterst nauwkerig dient te gebeuren. Twentse onderzoe-kers zijn er in geslaagd een microstructuurtje van silicium te maken, dat met behulp van corioliskracht massastromen van wisselende samenstelling kan meten met hoeveelheden van minder dan een gram per uur. In combinatie daarmee kan de veel gebruikte hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) nog accurater zeer minime doseringen vaststellen.

24 Hebbedingetje: De FEI Phenom van Dr. Rob Sillen, een rastermicroscoop die zowel qua aanblik als bedieningsgemak veel weg heeft van een moderne koffieautomaat.

25 Agenda

26 MicroNed Visie 2010+

28 MicroNed Impact: publicaties, octrooien en partners

31 Estafette-column Prof.dr. Han Zuilhof: Megamicro

Introductie

Colofon

Omslagfoto: Uitsnede van een macro-opname van de micro-coriolis-sensor.

MicroMegazine is een uitgave van MicroNed en verschijnt 4 keer per jaar.Oplage: 3500ISSN 1877301X

Jaargang 1, no 1

RedactiePhilip Broos (hoofd en eindredacteur)

Medewerkers aan dit nummer:Marion de BooJoost van Kasteren Bennie MolsArno SchrauwersHan Zuilhof

Redactiesecretariaat &abonnementenadministratieMicroMegazineLucienne DadoMekelweg 2 2628 CD Delft telefoon (015) 278 4357email: L.A.J.Dado[email protected]

FotografieMicroNed, tenzij anders vermeld.

Vormgeving & OpmaakCok Francken (TU Delft – MultiMedia Services)

DrukDeltaHage BV, Den Haag

RedactiecommissieDr.ir. Bert Monna (SystematIC design BV),Dr. Frans W.H. Kampers (Wageningen Universiteit & Researchcentrum) en Dr.ir. Richard Q. van der Linde (MicroNed)

Voor u ligt het eerste nummer van MicroMega-zine, het wetenschapsmagazine van MicroNed dat vier keer per jaar zal verschijnen. MicroNed is een consortium van kennisinstituten en bedrijven met als doelstelling het genereren van nieuwe microsysteemtoepassingen en het creëren van een kennisinfrastructuur op dat gebied. MicroNed loopt als onderzoeksprogramma van 2005 tot en met 2010. Na de eerste jaren van onderzoek begint het programma nu haar eerste vruchten af te werpen.

Het optimale effect van het consortium valt en staat met het communiceren van de onder-zoeksresultaten. Daarom zal MicroMegazine de komende twee jaar de kennis die is opgebouwd in en om het consortium op toegankelijke wijze, in woord en beeld, ontsluiten voor zowel de wereld van de wetenschap als het (MKB)bedrijfsleven. Het streven is u onderzoeksresultaten te brengen die u nog nergens zal hebben gelezen.

Ik wens u veel leesplezier,

Prof.dr.ir. Fred van KeulenWetenschappelijk directeur MicroNed

MegazineMicroMicro Megazine – 2009 no1


Melkpoeder uit de printer Inkjettechnologie stuurt vorm, grootte en dichtheid van korreltjes

Het productieproces van melkpoeder vergt veel energie en de structuur van de korreltjes laat zich niet zo makkelijk

beheersen. De vorm, de grootte en de dichtheid van de korreltjes zijn van grote invloed op de oplosbaarheid en op

de hoeveelheid poeder die in een zak past. Natuurkundige Albert Poortinga vroeg zich af of inkjettechnologie wellicht

voordelen zou kunnen bieden. Om dat te onderzoeken ging Friesland Foods (dat sinds kort FrieslandCampina heet)

een samenwerking aan met TNO. Het principe van de melkjettechnologie werd getest in het kader van het MicroNed-

programma. Het succesvolle prototype van de sproeikop van TNO blijkt niet alleen zeer uniforme korreltjes melkpoeder

te kunnen produceren, maar ook korreltjes met een speciale inhoud, zoals visolie.

door Marion de Boo

(Fo

to: T

NO

Indu

stri

e en

Tec

hn

iek)

Proefopstelling voor het maken van zeer uniforme korreltjes (melk)poeder met

een door Friesland Foods en TNO ontwikkelde en opgeschaalde printkop, geba-

seerd op inkjettechnologie.

>


Schematische tekening van de zogenoemde (filtermat)sproeidroger bij Friesland

Foods Kievit in Meppel.

Zuivel gigant Friesland Foods produceert al tien tallen jaren melkpoeders met torenhoge sproeidrogers. Het is een prima manier om verse melk te conserveren.

“Zo’n metalen droogtoren is vijf tot zes verdiepingen hoog en heeft een doorsnee van zo’n acht meter”, zegt ir. Jasper Vollen-broek, senior researcher Process Technology bij Friesland Foods in Deventer. “Bovenin de toren vernevel je de melk in heel fijne druppeltjes. Je blaast er hete lucht van bijna 200°C in om het water te verdampen en aan de onderkant valt de melk er dan als poeder uit.”Melkpoeder is lang houdbaar en neemt weinig volume in, zodat je het gemakkelijk over de hele wereld kunt exporteren zonder bacterieel bederf. Verse melk bevat 12 procent droge stof, melk-poeder 97 procent. Om het proces energiezuiniger te maken wordt de melk eerst ingedikt in een valstroom, door directe contactverhitting op staal. Daarbij wordt het water efficiënt uit de melk verwijderd en wordt veel warmte teruggewonnen. Dat maakt het indampen tamelijk energiezuinig, maar juist het uiteindelijke verpoederen van de ingedikte vloeistof kost veel energie. Oorspronkelijk sproeide men de melk bovenin de droogtoren met een snel rondspinnend wiel, een wielverstuiver. Sinds enkele decennia gebruikt men ook hoge druk verstuivers, waarbij men de ingedikte melk in de droogtoren onder hoge druk en met een geforceerde werveling door een klein gaatje perst. Door de afschuifkrachten die de melk meekrijgt, vliegt het daar dan als een wolk uiteen, onder vorming van talloze kleine druppels.

“Dit is echter een tamelijk ongecontroleerd proces”, zegt zuiveltechnoloog Vollenbroek. “Er ontstaan allerlei grotere en kleinere, ronde en sliertige druppels. We zouden dat beter onder controle willen hebben. Eind 2005 kwam mijn collega Albert Poortinga van Friesland Foods op het idee om eens naar inkjettechnologie te kijken. Je zou een soort inkjetprintkoppen kunnen gebruiken voor het verpoederen van zuivelproducten. Dat is bij uitstek een methode om druppels met een meer homogene verdeling te produceren.”Voor een minimaal pakvolume met zo min mogelijk lucht tussen de korrels, zouden de deeltjes eigenlijk vierkant moeten zijn. Maar dan zitten ze als een blok beton in hun verpakking en krijg je ze onmogelijk los. Voor een soepele uitvloeiing moeten de deeltjes zo rond mogelijk zijn.

Rapid Manufacturing techniekTijdens een brainstormsessie met TNO Industrie en Techniek in Eindhoven, waarmee Friesland Foods al jarenlang op velerlei gebieden samenwerkt, werd de link gelegd tussen Rapid Manu-facturing (TNO kennis) en het idee van melkjetprinten. Beide partijen besloten hun krachten te bundelen in een gezamenlijk project, gefinancierd door Friesland Foods. De eerste test bleek meteen een succes, vertelt ir. René Houben, senior researcher

Bovenkant van een (filter mat)sproeidroger bij Friesland Foods Kievit. Boven op de

toren zijn nog net de leidingen naar de sproeikoppen te zien.

Conventionele sproeikoppen bij Friesland Foods Kievit. Per kop wordt een paar

honderd liter product per uur verneveld.

MegazineMicroMicro Megazine – 2009 no1 5

printtechnologie bij TNO Rapid Manufacturing. TNO beschikt over productietechnologie om in opdracht van allerlei partners producten rechtstreeks vanuit 3D CADdata op te bouwen.

“Je tekent een product op de computer”, zegt Houben, “vervol-gens klik je op ‘afdrukken’ en daarna wordt het product laagje voor laagje opgebouwd. Het principe is inderdaad te vergelijken met een inkjetprinter, maar wij werken in 3D en we gebruiken verschillende typen materialen, hard of juist meer flexibel.”De (ink)jettechnologie werkt snel en flexibel, zodoende is er voor het maken van een prototype geen matrijs meer nodig. De benodigde data komen rechtstreeks uit het ontwerpproces. Het is echter lastig om functionele materialen met standaard verkrijgbare jetsystemen te verwerken. De viscositeit van deze materialen is al snel te hoog en dan kan de printkop of nozzle verstopt raken. TNO had voor dat probleem juist een nieuwe, betere nozzle ontwikkeld, toen Friesland Foods aanklopte.

“Ingedikte melk is een hoogvisceus materiaal”, zegt Vollen-broek. “Een al te stroperige vloeistof kun je niet verpoederen, die komt als een dikke sliert uit de druknozzle. Ingedikte melk met meer dan 55 procent droge stof en een viscositeit boven de 300 tot 350 milliPascal seconde is moeilijk te versproeien. Onze huidige sproeidroogsystemen zitten aan die limiet.” Volgens Houben valt veel energie te besparen door verder inge-dikte melk met een hoger droge stofgehalte te ver poederen.

“Met de juiste nozzle zou je tot een viscositeit van 500 mil-liPascal seconde kunnen gaan. Bovendien kun je dan zelf de druppelgrootte heel nauwkeurig instellen.”

FijnstofBij de huidige melkpoederproductie ontstaat een breed scala aan druppelgroottes.

“De fijnste druppeltjes worden stofdeeltjes die in de drooglucht blijven zweven en daardoor door het hele systeem heen wap-peren en overal aan gaan plakken. Filters raken voortdurend ver-stopt”, zegt Vollenbroek. “Bovendien betekent het opbrengst-verlies, weliswaar in de grootte van enkele tienden procenten, maar als je tonnen melkpoeder per uur produceert, tikt dat toch aan. Fijnstof zorgt ook voor explosiegevaar – je hoeft er maar een vlammetje bij te houden en het ploft. Een oplossing voor dat fijnstof zou een grote stap vooruit zijn. Bovendien kunnen we dan ook de drooglucht beter hergebruiken.”

“In een inkjetprintkop is een piëzoelektrisch elementje voortdurend in trilling. Daarmee leg je de vloeistofstraal als het ware een constante verstoring op, waardoor hij steeds wordt onderbroken”, legt Houben uit. “Zo ontstaan er druppels, net alsof je een kraan heel langzaam opendraait en er dan met je vingers op blijft tikken.”Hoe hoger de trilfrequentie van het piëzoelektrisch ele-ment, hoe kleiner de druppels. Een goede beheersing van de gewenste druppelgrootte is voor de zuiveltechnoloog uiterst interessant voor het produceren van allerlei verschillende

Milk powder from a printerInkjet technology to control density, shape and size of granules

The production of (milk) powders uses a lot of energy and control-ling the structure of the granules during the processing is very difficult. Shape, size and density of the granules are of utmost importance when it comes to the solubility of the product, as well as to the amount of powder that fits into sacks and bags. Physicist Albert Poortinga wondered whether inkjet technology could be beneficial to the production process of milk powder. To find out, Friesland Foods contracted the research organization TNO in Eind-hoven. The principle of the milk jet technology was tested within the framework of the MicroNed programme (supported by the Dutch Ministry of Economics Affairs). The prototype of the nozzle developed by TNO not only proved to be able to produce uniform granules, but it is also able to encapsulate special products in the granules, such as fish oil.

For further reference, please contact [email protected]

Close-up van een conven-

tionele sproeikop, zoals

gebruikt in de droogtoren

van Friesland Foods Kievit.

Voorbeeld van een pro-

duct verkregen met con-

ventionele sproeidroog

methode. Typisch is de

uiteen lopende deeltjes-

grootte en vorm.

Onderdelen van de con-

ventionele sproeikop. Links

is de kamer die de vloei-

stof in werveling brengt,

waarna het door de ope-

ning in het dekseltje wordt

verneveld.

a b s t r a c t

>


specialties, bijvoorbeeld met gedroogde probiotische bacteriën die de darmflora gunstig beïnvloeden, of visolie.

SliertjesBegin 2006 ging met financiële steun van MicroNed een twee-jarige assistentinopleiding (Twaio) in Eindhoven van start. Hij toonde in een jaar tijd aan dat het concept inderdaad werkte.Houben: “Je weet niet wat je moet verwachten – de melk had kunnen gaan schiften, of er hadden sliertjes in plaats van druppels kunnen ontstaan wanneer de melk te vroeg was ingedroogd voordat er druppels waren gegenereerd. Maar het werkte prima – al ging het dan om milliliters per minuut. We hebben steeds visceuzere materialen proberen te verwerken, met goede resultaten.”Naast de viscositeit zijn ook de temperatuur van de melkvoe-ding, de trilfrequentie en de grootte van de uitstroomopening belangrijke parameters in het nieuwe procedé.Vollenbroek: “Wanneer je melk bij hogere temperatuur langdurig verhit, kunnen melkeiwitten gaan denatureren. Die gaan dan aan je installatie plakken en dan krijg je vervuiling. Dat begint al boven 65 °C. Daarom worden aan de nozzle hoge eisen gesteld. Hij moet bijvoorbeeld volledig steriliseerbaar zijn om bruikbaar te zijn in de zuivelfabriek.” In eerste instantie produceerde de nozzle nog tamelijk forse druppels van zo’n 170 micron (een micron is een duizendste millimeter), maar hiermee was wel het principe bewezen.

Rayleigh break-upFriesland Foods en TNO zijn vervolgens samen doorgegaan met de verdere ontwikkeling van de technologie. Inmiddels zijn er subtielere nozzles ontworpen, die ook veel kleinere druppels kunnen vormen.

“Deze methode van druppelvorming noemen we de Rayleigh breakup”, aldus de nozzlespecialist. “In echte inkjetsystemen wordt dit al langer toegepast, maar in de levensmiddelentech-nologie is dit een revolutionaire ontwikkeling! Bovendien is dit in verhouding tot de kosten van zo’n sproeidroogtoren geen grote investering.”Volgens Vollenbroek hangt het er vooral erg van af hoe lang het systeem mee gaat en hoe storingsgevoelig of onderhoudsvrij het nieuwe systeem zal werken.

“Dat moet nog blijken. Als wij elke vijf uur stil moeten liggen wegens onderhoud is dat een grote kostenpost. Maar als we tonnen melkpoeder achtereen kunnen draaien zonder storing betekent dat een enorme besparing.”Energiebesparing is een belangrijk argument. Volgens de wetten van de fysica kun je met een kilo stoom een kilo water verdampen. In de melkpoederfabriek wordt bij het indampen van de melk voortdurend energie teruggewonnen doordat men de vrijkomende restwarmte steeds gebruikt om weer een pijp te verwarmen in de volgende trap van het proces. Het proces

(Fo

to: T

NO

Indu

stri

e en

Tec

hn

iek)

Het principe van een inkjetprintsysteem, zoals te vinden in de gemiddelde printer.

Voor de sproeidroogtoepassing is alleen de druppelgenerator gebruikt.

Inkjetkop uit de Deskjet 510 printer. De viscositeit van de inkt in zo’n kop is

extreem laag vergeleken met de viscositeit van ingedikte (melk)producten die

worden gesproeidroogd. Een 1:1 opschaling zou duidelijk niet hebben volstaan.

Opstelling voor zogenoemde rapidmanufacturing bij TNO Industrie en Techniek,

gebaseerd op inkjettechnologie.

Zakken poeder opgetast in

de productiehal van Fries-

land Foods Kievit. De vorm

en de dichtheid van de

korreltjes zijn van groot

belang op de hoeveel-

heid product die in een zak

past. Hiermee zou ook een

(milieu)besparing kunnen

worden behaald op het

(internationale) vervoer.

druppel-generator

ladings-elektrode hoogspannings-

deflectieplaat

afvanggoot

papier


Close-up van de verstuiver.

De straal bestaat uit drup-

pels die individueel kunnen

worden aangestuurd.

Ze worden geselecteerd,

danwel afgevangen, door

ze selectief van een lading

te voorzien en ze elektro-

statisch af te buigen.

(Fo

to: T

NO

Indu

stri

e en

Tec

hn

iek)

(Fo

to: T

NO

Indu

stri

e en

Tec

hn

iek)

(Fo

to: T

NO

Indu

stri

e en

Tec

hn

iek)

(Fo

to: F

ries

lan

d Fo

ods

Macro-opnamen van korrel-

tjes met uniforme deeltjes-

grootte, geproduceerd met

(ink)jettechnologie.

Diagram van de spreiding

van de korrelgrootte

(conventionele en nieuwe

methode).

is zo slim geschakeld, dat men nu met een kilo stoom wel zes tot zeven kilo water kan verdampen. In de droogtoren is de efficiëntie veel lager, hier is vaak wel twee kilo stoom nodig om een kilo water te verdampen. De natte drooglucht (± 80 °C) die nu aan het eind van het proces verloren gaat, kan men straks wellicht hergebruiken als er geen fijnstof meer inzit. Ook dàt maakt deze melkjettechnologie veelbelovend.

OctrooiTNO bezat al een octrooi op het nozzlesysteem op basis van inkjettechnologie. TNO en Friesland Foods hebben samen een octrooi verworven op het gebruik van de sproeikop in de droogtechniek.En wat zijn de voordelen voor de afnemer? Vollenbroek: “Zulke mooie, ronde, monodisperse druppeltjes rollen gelijkmatig over elkaar heen. Ze vloeien gemakkelijker en klonteren minder dan een product waar veel stof in zit. Ook zo’n stick koffiecreamer zal dan gemakkelijker uit de verpakking komen. Bovendien kunnen we allerlei gevoelige probiotische bacteriën straks op een mildere manier in een jasje verpakken om ze minder gevoelig te maken, zodat ze hun verblijf in de sproeidroger beter overleven. Straks kunnen we allerlei nieuwe specialties maken, zoals poeders verrijkt met ingekapselde vezels, ijzer of calcium.”Friesland Foods Kievit in Meppel specialiseert zich in het inkapselen, ofwel encapsuleren, van ingrediënten voor de voedingsmiddelen industrie en onderzoekt ook het gebruik van print-technologie voor dit doel.

Opschaling Inmiddels wordt gewerkt aan verdere opschaling. Daarvoor is een belangrijke vraag hoe dicht je de nozzles nog naast elkaar kunt plaatsen, zonder dat ze elkaar gaan hinderen. De druppel-vormen worden bestudeerd met behulp van een stroboscoop, die haarscherpe “foto’s” van de druppels maakt, ook al komen er zo’n 20.000 per seconde voorbij. Overigens is het onderzoek grotendeels uitgevoerd met een oplossing van maltodextrine. Maltodextrine vormt een heldere oplossing, en is minder complex van samenstelling dan de ondoorzichtige melk waarin diverse vetten, eiwitten en koolhydraten zitten.Wanneer zal het systeem operationeel zijn?

“We kunnen nu zo’n 80 liter per uur verwerken”, zegt Vollen-broek. “Daarmee voed je nog geen grote melkpoederfabriek, maar voor de productie van specialties begint het nù al com-mercieel interessant te worden.” < Voor nadere informatie over dit onderwerp, uit werkpakket 2A kunt u con-

tact opnemen met: Dr.ir. Tom van Hengstum, tel. (0570) 695 904, email:

[email protected], of met ir. René Houben, tel.

(040) 265 0122, email: rene. [email protected]

De door TNO ontwik-

kelde verstuiver kan

hoog viceuze vloeistoffen

verwerken tot 3D eind

producten.

Demonstratieproduct

gemaakt met de rapid-

manufacturing inkjettech-

nologie en opgebouwd uit

verschillende materialen.

Dit voorwerp laat zien dat

met deze technologie 3D

vormen gradueel kunnen

worden opbouwd.


Eerste autonome zonne sensor ontwikkeldMiniaturisering satellieten dwingt tot kleinere en energiezuiniger sensoren

De Europese ENVISATsatelliet voor het waarnemen van klimaatveranderingen

en milieuverontreiningen, gelanceerd in 2003, is de grootste satelliet ooit

gebouwd door ESA. Direct na de lancering werden ook hier de zonnesensoren

gebruikt om de satelliet zijn zonnepanelen op de zon te laten richten, voor een

optimale energievoorziening. Ook bij calamiteiten, zoals het uitvallen van deel-

systemen die voor de nauwkeurige standregelingen moeten zorgen, worden de

zonnesensoren ingeschakeld.


Satellieten zijn er in alle soorten en maten, de grootste zijn zo groot als een flinke stadsbus, de kleinste zijn de zogenoemde

CubeSats, met afmetingen van 10 x 10 x 10 cm. Eerder dit jaar ging de eerste Nederlandse nano-satelliet de ruimte in.

Deze Delfi C3 heeft de afmetingen van 10 x 10 x 30 cm. Wil zo’n satelliet ook nog nuttige lading mee kunnen nemen, dan

moeten subsystemen die het ding besturen en in een baan om de aarde houden, beduidend kleiner zijn dan men tot

voor kort gewend was. Onderzoekers van TNO zijn er in geslaagd om een kleine en energiezuinige zonnesensor te maken

die in z’n eigen energie voorziet. Het plan is deze sensor nog een factor 10 kleiner te maken. Hopelijk is er een volledig

geminiaturiseerde sensor over twee jaar aan boord van de Delfi n3xt, die naar verwachting in 2010 wordt gelanceerd.

door Arno Schrauwers

Eerste autonome zonne sensor ontwikkeld

Zonnesensoren worden gebruikt om satellieten optimaal te oriënteren ten opzichte van de zon om een maximale energieopbrengst van de zonnepanelen te realiseren. Bij de beroemde voormalige Technisch Physische Dienst (TPD) van TNO in Delft, tegenwoordig bekend onder de naam TNO Industrie & Tech-niek, worden al sinds het einde van de jaren zestig zonne en sterrensensoren gemaakt. Inmiddels zijn er vele tientallen satel-lieten gelanceerd met dergelijke TPDsensoren. Ook de 3000 kilogram zware Rosetta, die in 2004 werd gelanceerd voor een missie naar Comet 67 P/ Churyumov Gerasimenko (aankomst 2015) en de Mars Express die momenteel rondjes draait om de rode planeet, bevatten TPDsensoren. TNO is een van de vijf vooraanstaande producenten van zonnesensoren in de wereld.Een onderzoeksgroep van TNO Industrie & Techniek, in samen-werking met de TU Delft, heeft nu een zonnesensor ontwikkeld die enkele malen kleiner is dan de huidige zonnesensoren. Die verkleining past in de trend naar kleinere satellieten. De zonne-sensor is tevens uitgerust met een eigen energievoorziening in de vorm van zeer effectieve galliumarsenide zonnecellen (met meer dan 26% rendement), die een belangrijk aandeel hebben in de verkleining.

“Voor communicatiedoeleinden zijn dergelijke micro of nanosatellietjes niet interessant”, zegt Johan Leijtens, systeem-ontwerper bij TNO Industrie & Techniek, “want die gebruiken te veel energie. Voor allerlei aardobervatietoepassingen zijn dergelijke kleine satellieten wèl bruikbaar, zoals bijvoorbeeld bij het opsporen van het voor de mens hinderlijke blauwalg in oppervlaktewater en voor het bewaken van oogsten en het opsporen van gewassen die worden gebruikt voor het maken van drugs. Om vaker beelden van de betrokken gebieden te krijgen, moet je extra satellieten inzetten en zoiets is veel goed-koper met kleine dan met grote satellieten. Dan praat je niet over meer dan 1 miljard euro, zoals bij de grote Envisatsatelliet met onder meer de TNO luchtvervuilingsdetector SCIAMACHI aan boord, maar over enkele miljoenen euro’s per satelliet. Het Amerikaanse Airforce Research Laboratory heeft al interesse getoond voor de TNO zonnesensoren in kleine spionage satel-lieten. Je kunt zo’n zonnesensor niet alleen voor ruimtevaart

First autonomous sun sensor

Satellites come in all shapes and sizes, the large ones being about the size of a bus, while the smallest, the cubesats, measure no more than 10 x 10 x 10 cm. Earlier this year the first Dutch nanosatellite Delfi C3, measuring 10 x 10 x 30 cm, was launched from Sriharikota in India. If such small satellites are to have a proper payload, the subsystems to control them and to communicate will have to be significantly smaller than is hitherto the case.Researchers at TNO succeeded in producing a small sun sensor with very low power consumption and its own energy source. In the framework of the MicroNed research project TNO is currently in the process to further reduce the sensor size by a factor of 10. It is expected that such a miniaturised version will be on board the Delfi n3xt, which is due to be launched in 2010.


a b s t r a c t

>


toepassingen gebruiken, maar je zou zo’n sensor ook kunnen inzetten voor de oriëntatie van zonnepanelen op gebouwen of het meten van de optimale belichting van kassen bij tuinders.”

Raster van lichtdiodesHoewel zonnesensoren essentieel zijn om satellieten via hun zonnepanelen optimaal energie uit het zonlicht te laten halen, is een zonnesensor in principe een eenvoudig apparaatje: een plaatje (membraan) met een gaatje erin, en een paar millimeter daaronder een raster van lichtdioden om de invalshoek te bepalen. Maar met alle elektronica, de energievoorziening en aansluitingen die daarbij komen kijken, levert dat toch al gauw een mannenvuistgroot apparaat op met een gewicht van zo’n 450 gram. Sensoren zijn onmisbaar aan boord van een satelliet, maar hun aandeel in het totaal wil je zo klein mogelijk houden om zoveel mogelijk nuttige last (in de vorm van aardobservatieapparatuur, zenders en ontvangers e.d.) mee te kunnen nemen. Daar overheen speelt de trend van de miniaturisering.Leijtens: “Dat heeft veel te maken met de kosten. Een grote satelliet als de Envisat, met het SCIAMACHIinstrument van TNO aan boord, weegt zo’n 13 ton en zo’n satelliet kost, inclusief lancering zo’n 1,3 miljard euro. Wanneer we praten over micro of nanosatellieten, dan hebben we het over dingen die zo groot zijn als een biervat en dan gaat het, alles bij elkaar, over zo’n 150 kg en 15 tot 20 miljoen euro voor de satelliet en 50 tot 100 miljoen euro voor de hele missie. Een groot deel van deze kosten is gerelateerd aan de ontwikkeling van de missie. Wan-neer er meer satellieten met dezelfde instrumenten worden gebouwd, wordt het mogelijk om aanzienlijk goedkoper te bouwen. Dat ligt in de orde van grootte van 25 miljoen euro per stuk bij een serie van 10 stuks. Dan gaat het dus over relatief kleine investeringen die daarmee aantrekkelijk worden voor een breed scala aan aardobservatietoepassingen.”

ReproduceerbaarheidIn het kader van het MicroNedprogramma is Leijtens in 2004 begonnen met de ontwikkeling van een kleinere zonnesensor. De onderzoeksorganisatie werkt in dit project samen met de TU Delft en het Belgische bedrijf Harvest Imaging van prof.dr.ir. A.J.P. Theuwissen, hoogleraar Elektronische Instrumentatie aan de TU Delft. Het hart van de nieuw ontwikkelde zonnesensor is een kleine chip van 5 mm bij 5 mm.Leijtens: “We hebben alle elektronica voor het aansturen en signaalverwerking op die chip geïntegreerd. Dat is, onder meer, een actieve lichtsensor van 512 x 512 pixels en een speciaal elektronisch circuit om eenvoudig en efficiënt te bepalen welk van de dioden in die pixelsensor wordt beschenen door de zon-nestralen. Het gevoelige punt bij zo’n sensor is dat de betrouw-baarheid en reproduceerbaarheid zo groot mogelijk moeten zijn. De betrouwbaarheid wordt verbeterd door zoveel mogelijk functionaliteiten te integreren op een enkele chip. De repro-duceerbaarheid voor de hele sensor wordt gehaald door de nauwkeurige controle van een aantal mechanische afmetingen die tijdens de productie moet worden aangehouden. Door de

Vanaf eind jaren negentig

brengt TNO een digitale

zonnesensor op de markt.

Met deze technologie kan

makkelijk een onderscheid

worden gemaakt tussen

het licht van de aarde en

het licht van de zon, zodat

het Albedoeffect geen rol

meer speelt.

De grootte van zonnesensoren wordt grotendeels bepaald door de energievoor-

ziening. De linker sensor werkt op 6,5 volt geregelde spanning, de middelste op

28 volt ongeregelde spanning, maar stabiliseert de spanning intern, waardoor de

totale omvang bijna twee keer zo groot is geworden. TNO en het bedrijf Harvast

Imaging ontwikkelden een nieuwe sensor met laagvermogen als doelstelling. De

matrix van 512 x 512 fotodiodes gebruikt zeer weinig energie, waardoor voeding

met een eigen kleine zonnecel mogelijk wordt. Omdat de uiteindelijke hoogte zou

worden gedomineerd door de hoogte van de connector, is besloten om die te ver-

vangen door een RFdatalink.

In de tweede helft van de

jaren tachtig wordt boven

de fotodiodes een mem-

braan met een gaatje van 6

x 6 mm aangebracht, waar-

door de zonnesensoren

nauwkeuriger konden

worden. De nauwkeurig-

heid was inmiddels 0,2°.

Drie typen van de meest gebruikte TNO zonnesensoren. Het linker model is een

grove zonnesensor (3°), de middelste is een fijne zonnesensor met een membraan

(nauwkeurigheid 0,2°). Het rechter model is heel klein maar erg grof (5°).

Al sinds midden jaren zeventig ontwikkelt en produceert TNO zonnesensoren voor

de wereldmarkt van satellieten. De sun acquisition sensor is een van de eerste sen-

soren die in Delft is ontwik-

keld. De fotodiodes zitten

op een centrale kubusvor-

mige struktuur en kijken

naar de zon die over een

randje heenschijnt. De

nauwkeurigheid is onge-

veer 3°.

Foto

’s: T

NO

Del

ft


miniaturisering worden alle maten kleiner en wordt het echter steeds moeilijker de gewenste nauwkeurigheden te halen.”

GlasplaatVoor het vervaardigen van het membraan boven de sensor, het andere cruciale onderdeel van de sensor, zijn twee technieken beproefd waarmee de vereiste nauwkeurigheid van ca. 10 micrometer haalbaar is. De eerste is de ‘chiptechniek’, waarbij de gaatjes worden geëtst in een siliciumplak, gecoat met siliciumnitride (op die manier kun je verschillende membranen tegelijk maken). De tweede (geoctrooieerde) techniek werkt met een glasplaat. Die is aan de achterkant voorzien van een antireflectielaag met daar overheen het sporenpatroon voor de elektrische verbindingen. De voorkant is voorzien van het mem-braan en een absorptielaag, want reflectie stoort de meting.De sensor zelf, met al zijn geïntegreerde elektronica, is een wondertje van technische verfijning. Maar daarmee zijn we er niet. Ook de stroomvoorziening is een lastig punt voor sen-soren. Normaal betrekken zonnesensoren hun energie van de zonnepanelen van een satelliet, maar die energie moet worden verdeeld over de vele andere energieverbruikende systemen aan boord. Ook hier, net als bij de massa, moet grote zuinig-heid worden betracht. Bovendien hebben satellieten hun eigen distributiespanning, die varieert van satelliet tot satelliet. Veelal is dit 28 volt (hetzij geregeld of ongeregeld), maar bijvoorbeeld bij telecom satellieten is dat vaak 110 volt, zodat er altijd weer een omvormer aan te pas komt om de spanning voor de sensor aan te passen.

OnafhankelijkDe nieuwe zonnesensor van TNO heeft dan ook een eigen energievoorziening en is daarmee, volgens Leijtens, de eerste satellietsensor die onafhankelijk van het interne stroomnet van de satelliet werkt. De hoogrendement zonnecellen die daarvoor gebruikt zijn, worden gemaakt van germanium met een gevoelige laag van galliumarsenide. Ze zetten minimaal 26% van de opgestraalde zonneenergie om in elektriciteit, terwijl de huistuinenkeuken cellen van silicium blijven steken bij 10 tot 12%. Dat hoge rendement is mede een gevolg van de lagenopbouw van de zonnecellen waarmee een groot deel van het zichtbare en UVspectrum van de zon wordt omgezet in elektrische energie. De zonnesensor is overigens niet erg verspillend: 25 milliwatt volstaat voor het uitlezen en verwerken van de gegevens. Voor de radiofrequente (RF) communicatie is ook ca 25 mW nodig hetgeen het totale energieverbruik op 50 mW brengt. Daardoor kan worden volstaan met een klein zonnecelletje voor de voeding van de sensor, dat buiten op de sensorbehuizing kan worden geplaatst.

RF-communicatie De dataverbinding via radiofrequente golven is ook een noviteit. De meetuitkomst van de sensor moet naar elders in de satelliet worden gestuurd teneinde de oriëntatie van de satelliet aan te kunnen passen. De hierbij gebruikte connector neemt in de

Op 17 april 2007 werden zeven cubesats als secondaire lading van een Dneprraket

in de ruimte losgelaten. De AeroCube 2 van The Aerospace Corporation (USA) nam

direct daarna een foto van één van de andere cubesats, de CP4 van California

Polytechnic State University.

Een half jaar voor de lancering is de AWSSzonnesensor onder toeziend oog van

Johan Leijtens in de cleanroom van de Faculteit Lucht en Ruimtevaart van de

TU Delft in de Delfi C3 nanosatelliet ingebouwd.

De AWSSzonnesensor, zoals nu aan boord van de Delfi C3 die sinds 28 april 2008

in een baan om de aarde draait. Het is een fijn analoge zonnesensor (met een

nauwkeurigheid van 0,5°) met autonome voeding en een draadloze dataverbin-

ding (915 Mhz), ter vervanging van een kabelboom en een connector. Het volume

[4 x 6 x 2,8 cm] van deze uitvoering wordt voornamelijk bepaald door de conventi-

onele fotodiode, het membraan en de elektronica. De antenne wordt beschermd

door een laagje polyurethaan.

Foto

: TN

O D

elft

Foto

: TN

O D

elft

>


oude sensoren nogal wat ruimte in, stelt Leijtens. “Wij hebben daarom een draadloze koppeling gemaakt, waarbij de data van de sensor via radiofrequente golven worden verstuurd. Dat RFdeel maakt ongeveer de helft van het totale volume van de nieuwe sensor uit, maar omdat de maat van de sensor momen-teel nog wordt bepaald door de grootte van de zonnecel, is dit niet zo belangrijk. Wat wèl belangrijk is, is dat door het gebruik van RF de fysieke hoogte van de sensor met ca 80% kan worden teruggebracht. Veel kleiner dan 2 bij 2 centimeter kan het systeem waarschijnlijk niet worden wanneer we een radiofre-quente verbinding blijven gebruiken, omdat je gebonden bent aan de golflengte van de gebruikte radiofrequenties en uitein-delijk de antenne bepalend zal worden voor de grootte van het systeem. Hoe kleiner de antenne, hoe hoger de frequenties, hoe meer verlies. Je zou kunnen kijken naar optische oplos-singen, maar de zogenoemde VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers VCSEL)lasertjes die daarvoor in aanmerking komen, zijn veel minder stroomeffectief dan een RFsysteem, waardoor de zonnecel weer groter zou moeten worden. Wel zijn dit hele interessante ontwikkelingen om te volgen, omdat halfgeleiderlasers ook steeds efficiënter worden. Omdat ook op RFgebied nog heel wat gebeurt, is nu nog niet eenduidig vast te stellen welk systeem uiteindelijk kleiner zal zijn.”

Wanneer de zonnesensoren nòg kleiner worden, ontstaan er ook positioneringsproblemen. Positionering gebeurt met een ‘uitlijnhulp’, maar die heeft een ondergrens. Wordt het te positioneren apparaatje te klein, dan wordt de uitlijning minder nauwkeurig. De oplossing is dan de zonnesensor op te nemen in een groter systeem met, bijvoorbeeld, GPSinstrumentarium en sterrencamera’s.

“Daar werken we ook aan”, zegt Leijtens, “samen met een groot aantal Nederlandse MKBen. Dat project wordt in het kader van de PEPregeling ondersteund door het Nederlands Instituut voor Lucht en Ruimtevaart.”

Macroopname van het prototype van de speciaal ontwikkelde APS+ imager. Het

zonlicht valt straks op de matrix van fotodiodes (pixel array). De signaalverwerking

gebeurt in de rechter kolom. Binnenkort wordt er nog een A/Dconvertor bijgezet.

Deze chip is samen ontwikkeld met Harvast Imaging en de TU Delft.

Het resultaat is een ultra kleine, maar nog steeds analoge, zonnesensor op

een stukje stralingshard glas (waardoor het niet verkleurt door kosmische stra-

ling). De linker houder bevat de glasplaat met het membraan, met daaronder

de echte sensor. Rechts is de andere kant van de sensor te zien. De houder (met

bevestigings gaten) is aanzienlijk groter dan de sensor zelf.

Bovenaanzicht van de cen-

trale structuur van de

Delfi C3 nanosatelliet,

met bovenop de AWSS-

sensor en de vier zonne-

panelen. De zonnecellen

van Dutch Space (aan de

uiteinden van de panelen)

zijn flexibel en worden

momenteel in de vlucht

getest. Aan de onderkant

van de satelliet bevindt

zich de tweede zonne-

sensor (niet zichtbaar).

Om de zonnesensor nog

kleiner te maken, wordt

bij TNO geëxperimenteerd

met het aanbrengen van

de sensor en het mem-

braan op een enkele glas-

plaat.

Albedo

De ontwikkeling van een eigen energievoorziening en de integratie van de diverse functies op de chip waren niet de enige nieuwe ‘kleren’ die het TNOontwerp van de zonne-sensor kreeg. Leijtens: “We hebben ons in eerste instantie gericht op het uitwerken van de constructie met de glas-platen, de zogeheten immersed of onderdompelingstechniek, waarbij zonnestralen door het glas heenvallen, en op het ontwerp van de chip. We hebben eigenlijk te veel ideeën om die allemaal uit te werken.” Wel hebben de ontwikkelaars nog gekeken naar de oplossing van een probleem dat speelt bij het gebruik van analoge sensoren. Die zijn qua betrouw-baarheid superieur aan digitale sensoren, omdat er minder

Foto

’s: T

NO

Del

ft


Betrouwbaarheid“Momenteel zijn TNO en haar partners bezig met de betrouw-baarheid van het systeem. Dat is van groot belang bij het functioneren van de sensor, maar natuurlijk ook bij het in elkaar steken van het apparaatje. Volgend jaar ronden we dit project af met het afleveren van een glasplaatsensor, de immersedtechnologie, en een chip met een digitale zonnesensor. Het opmerkelijke is dat we een jaar geleden een ESAopdracht zijn misgelopen voor de ontwikkeling van een nieuwe zonnesensor. Die opdracht ging naar een concurrent. Overigens werd onze technologie toen ook als zeer goed betiteld. Ik durf te stellen dat wij nu met dit ontwerp duidelijk op die concurrentie voorliggen. Hun sensor heeft, bijvoorbeeld, een duidelijk hoger energieverbruik als gevolg van een minder slimme manier voor het uitlezen van de diodes van de sensor. Zij gebruiken een aparte microprocessor met de hele poespas die daarbij komt kijken. Onze sensor daarentegen is ècht geoptimaliseerd voor deze toepassing.”

“We hebben een stortvloed aan ideeën. Niet alleen wat het ont-werp zelf betreft, maar ook wat de toepassingen aangaat. De Amerikaanse defensie is geïnteresseerd en de NAVO studeert op het in de ruimte brengen van kleinere observatiesatellieten om op een kosteneffectieve manier gaten in de informatievoor-ziening op te vullen in oorlogsgebieden. Nu houden de beschik-bare observatiesatellieten vooral de (voormalige) Sovjetunie in de gaten, maar is er niks voor, zeg, Afghanistan of Afrika. Microsatellieten zouden hiervoor een goedkoop en makkelijk te lanceren platform kunnen zijn. Allerlei nieuwe toepassingen op aarde en in de ruimte komen met de miniaturisering van de sensoren en de daarbij behorende kostenbesparing binnen handbereik. Dat gaat een grote vlucht nemen.”

Voor nadere informatie over dit onderwerp uit werkpakket 1A kunt u contact

opnemen met ing. Johan Leijtens, email [email protected]

Door speciale elektronische circuits verbruikt

de imager zeer weinig energie. De chip bevat

speciale hardware die in een enkele klok cyclus

de helderste pixel per rij en kolom bepalen,

zodat het raster van 512 x 512 fotodioden op

slimme wijze kan worden uitgelezen.

Het is uiteindelijk de

bedoeling om in een vol-

gende fase ook een effi-

ciënte zonnecel te inte-

greren in het geheel en

deze door het substraat

heen te verbinden met de

elektronica aan de onder-

zijde. Op die manier ont-

staat er een volledig auto-

nome sensor op een

glasplaat. Het principe is

inmiddels gepatenteerd

door TNO.

Laag met hoge emissie coëfficiënt

Zonnecel

Absorberende laag

Drager

Antireflectieve laag

Elektrische circuits RFcircuit Sensor

Laag met hoge emissie coëfficiëntReflectieve laag

Strooilicht coating

Drager

Antireflectieve laag

Sensor

patroon van elektrische verbindingen en RFantenne

elektronica nodig is en deze dus met minder energie toe kunnen. Maar analoge sensoren hebben last van de albedo, het door de aarde weerkaatste zonlicht. Die albedo is voor de meting op satellieten, die soms op maar zo’n vijf zeshonderd kilometer rond de aarde ronddraaien, uitermate storend. Bij digitale sensoren is die storing er simpel uit te filteren, maar dat vergt wel extra veel elektronica. De oplossing is gevonden in sensoren die meten bij golflengtes waarin de aardse albedo ‘donker’ is (geen licht uitstraalt). Door dit effect te benutten, lijkt het mogelijk om in de toekomst zonnesensoren te maken die niet alleen albedoongevoelig zijn, maar die ook micro-watts in plaats van milliwatts verbruiken.

De uiteindelijke prestaties

van de sensor zullen sterk

afhangen van de eigen-

schappen die worden

gevormd tijdens de ver-

schillende dunne film coa-

tingsstappen. Hoewel men

slechts een glasplaat ziet

met daarop een sensor,

bevat de glasplaat verder

een laag met een hoge

emissiecoëfficiënt om

er voor te zorgen dat de

sensor niet te heet wordt;

het reflecterende mem-

braan met het gaatje; een

absorberende laag; een

antireflexlaag aan de

onderkant en de lagen die

nodig zijn voor de elektri-

sche verbindingen.

<


Capillaire membranen (holle vezels) worden inmiddels op grote schaal gebruikt voor

het zuiveren van zowel drinkwater als industrieel afvalwater en andere vloeistoffen,

zoals melk en vruchtensappen. Het nadeel van de huidige systemen is dat ze groot zijn

en vaak moeten worden gereinigd. Het aanbrengen van een microstructuur aan de

binnenzijde en/of buitenzijde van de vezels zorgt voor een verdubbeling van de flux,

waardoor compactere filtratiemodules kunnen worden gemaakt. Dat betekent een forse

ruimtebesparing en daarmee een vergroting van het aantal mogelijke toepassingen van

membraanfilters. Een bijkomend voordeel is dat de rietjes minder vervuilen. Uit een

binnenkort te houden veldproef moet blijken of de laboratorium-beloften van deze

microgestructureerde membranen ook op praktijkschaal worden ingelost.

door Joost van Kasteren

Geribbelde rietjes vergrote n capaciteit waterzuivering

SEM-opname van een holle vezel. Al ruim

twintig jaar worden holle vezels (gemaakt

van polyethersulfon) gebruikt voor ultra

filtratie van (drink)water om microorga-

nismen, zoals legionella, cryptosporidium,

giardia en Ecoli af te vangen. Tot nog toe

werden daarvoor vezels gebruikt die vol-

ledig rond waren. Het bedrijf Aquamarijn

heeft een methode ontworpen om een

microstructuur aan te brengen op en in

een holle vezel met behulp van halfgelei-

dertechnologie. De afdeling Membraan-

technologie van de Universiteit Twente

heeft de eerste proefvezels gemaakt. Het

filtratieoppervlak blijkt door de ribbels

meer dan vijftig procent vergroot.

(SEMopname: Membrane Technology

Group, Universiteit Twente)


Het plastic broodtrommeltje is gevuld met een wirwar van wat er op het eerste oog uit ziet als ongekookte spaghetti. Con-sumptie ervan zou iemand echter slecht bekomen. Het zijn dunne vezeltjes die hol van binnen zijn; zogeheten capillaire membranen van kunststof. De lengte variëert van enkele centi-meters tot enkele decimeters, maar enkele meters kan ook. De buitenste diameter is nog geen twee millimeter en de binnen-diameter bedraagt iets meer dan één millimeter. Niks bijzonders eigenlijk, die rietjes, totdat je ze met een loep bekijkt. Dan blijkt dat zowel de buitenkant als de binnenkant in de lengterichting geribbeld is, met ribbeltjes die zo’n 200 micrometer uitsteken.

“Dankzij die microribbels wordt het membraanoppervlak 20 tot 200 % groter”, zegt Cees van Rijn, “en kun je dus een grotere flux realiseren; meer liters water reinigen met een filtratiemo-dule bij gelijke inhoud.”Fysicus Van Rijn is directeur van Aquamarijn BV in Zutphen, buitengewoon hoogleraar Microsysteem en Nanotechnologietoepassingen aan de Universiteit van Wageningen en coördi-nator van het cluster SMACT (Smart MicroChannel Technology) van MicroNed. Samen met de Membraantechnologie groep van de Universiteit Twente en het Eindhovense bedrijf Tembo BV (gespecialiseerd in waterbehandeling), ontwikkelt Van Rijn onder de paraplu van MicroNed de technologie voor een membraanmodule. Daarmee kunnen bacteriën en andere ongerechtigheden uit het water worden verwijderd. Andere toepassingen zijn onder meer het koud steriliseren van melk in de zuivel industrie – waardoor de smaak van verse melk behouden blijft – het verwijderen van metalen en sedimenten uit afvalwater en het ontvetten van galvaniseerbaden.

SpinkopHet fysieke hart van de nieuwe technologie wordt gevormd door de spinneret of spinkop, die ervoor zorgt dat de rietjes (de capillaire membranen) aan de binnen en/of buitenzijde worden voorzien van een geordende microstructuur. Standaard wordt voor het maken van dit soort rietjes een polymeeroplos-sing via de spuitmond van de spinkop verspoten ofwel geëxtru-deerd, waarna het in water of een andere ‘nonsolvent’ terecht komt, waardoor het polymeer coaguleert tot een in principe oneindig lange vezel. Normaliter is de spuitmond van de spinkop een ronde opening met in het midden een holle naald. De polymeeroplossing die onder een zekere druk door de spuitmond wordt geperst, levert dus een holle straal op. In dit geval zijn er regelmatig gevormde microstructuren in de spuitmond aangebracht. De holle straal krijgt dus een zekere structuur mee die, als het goed is, wordt vastgelegd zodra het polymeer coaguleert. Het is een indirecte vorm van ‘moulding’ (gieten) waarbij de vloeistof de micro-structuur als het ware een fractie van een seconde onthoudt. Om de regelmatig gevormde microstructuur aan te brengen in de spuitopening van de spinkop, maakt Van Rijn, die vroeger bij Philips heeft gewerkt aan het megachipproject, gebruik van

Geribbelde rietjes vergrote n capaciteit waterzuivering

Microstructured membranes

increase output of water

treatment plants

Capillary membranes (hollow fibres) are used on a large scale to purify drinking water as well as industrial waste water and other fluids, such as milk and fruit juices. Creating a microstructure on the inside and/or the outside of the fibres, as has been achieved by members of the MicroNed Consortium, promises an increased flux of up to a 100 per cent. The effect is that membranes can now be built a lot smaller without the loss of capacity. This opens the way to new applications for membrane filters, in industry and small businesses as well as in the home. An added bonus is that the fouling rate of these microstructured membranes is significantly lower, which means less down time, lower water consumption for back wash, lower maintenance costs and less harm to the environment. Field trials by Tembo BV, suppliers of water treatment equipment, will have to validate the lab results.


Zuiveringsinstallatie van een Amsterdams 5sterren hotel op basis van hollevezel-

techniek. Er komt steeds meer belangstelling bij bedrijven en instellingen voor het

zelf filtreren van drinkwater. De directe aanleiding is waarschijnlijk de reeks uit-

braken van legionella in de afgelopen jaren en de verscherpte wetgeving. De lange

afstand tussen de zuiveringsinstallatie bij het drinkwaterbedrijf en het punt van

gebruik verhogen de kans op allerlei besmettingen van het water door breuken

in de leidingen of door onderhoudswerkzaamheden. Door het aanbrengen van

microstucturen, aan zowel de buiten als de binnenkant van de holle vezels,

kunnen de filtermodules bij gelijk debiet een stuk compacter worden. Dat brengt

een scala aan nieuwe en betaalbare toepassingen binnen handbereik, met name

op plaatsten waar gebrek is aan installatieruimte.

a b s t r a c t

>


halfgeleidertechnologie. De spuitopening wordt aangebracht in een vierkant schijfje silicium van 7 bij 7 millimeter dat deel uitmaakt van een grotere ‘wafer’. Op de wafer wordt eerst een dun laagje chroom gedampt en daarna een fotogevoelige lak. Via een masker wordt die fotogevoelige laag aan kortgolvig UVlicht blootgesteld. Op de belichte delen wordt het chroomlaagje weggehaald, waarna het via het masker aangebrachte patroon in het silicium wordt geëtst.

“Daarvoor hebben we”, aldus Van Rijn, gebruik gemaakt van een speciale techniek – ‘deep reactive ion etching’– waarmee je mooie rechte wanden kunt etsen. Die techniek maakt gebruik van een plasma, een gloeiend heet gas, dat radicalen bevat van zwavel en zuurstof. Het zwavelradicaal zet silicium om in siliciumhexafluoride dat als gas verdwijnt. De zuurstofradicalen blokkeren als het ware die reactie. Afhankelijk van de snelheid van de gasstroom en de verhouding zwavel respectievelijk zuurstofradicalen krijg je verticale wanden die precies recht zijn, dan wel een positieve of negatieve spitse vorm hebben. Je kunt er dus heel precies mee sturen.”Met deze techniek kunnen tandjes worden gevormd over een diepte van circa 500 micrometer. De laatste stap is het breken van de ‘wafer’ in vele tientallen spuitmondjes van silicium, die vervolgens in de spinkop worden vastgezet.

Holle naaldMet de halfgeleidertechnologie wordt een spuitopening gemaakt waarmee de ribbeltjes aan de buitenkant van het rietje kunnen worden aangebracht. De binnenkant van het rietje is glad. Om daar (ook) ribbeltjes aan te brengen, moet de holle naald die in de spuitmond steekt ook van een micro-structuur worden voorzien. De oplossing die Van Rijn daarvoor bedacht is even elegant als effectief. “We nemen een stukje holle vezel waarvan de buitenkant al is voorzien van micro-gestructureerde ribbeltjes. Daarop laten we een metaal groeien, nikkel in dit geval, en vervolgens lossen we het polymeer op. Wat resteert is een holle naald met de gewenste microstructuur. Op die manier kun je ook de binnenkant van het capillair van een microstructuur voorzien.”Door het inzetten van geavanceerde halfgeleidertechnologie is Van Rijn er in geslaagd om een spuitopening te maken met microstructuren in de orde van grootte van 200 micrometer. Het schijfje zelf is iets meer dan een halve millimeter dik en de uitstroomopening heeft een doorsnede van 1,2 millimeter.Van Rijn: “Veel mensen dachten in eerste instantie dat het niet zou lukken om zulke kleine structuren te maken, maar gelukkig hebben ze geen gelijk gekregen. Hoewel ik moet toegeven dat het niet zo eenvoudig was als het lijkt, omdat het allemaal nogal op precisie aankomt.”

Fase-overgangBij de vakgroep Membraantechnologie van de Universiteit Twente, deelnemer aan het Microfactorycluster (MUFAC) van MicroNed, wordt de spinkop inmiddels gebruikt om vele meters holle vezel te spinnen. Dat gebeurt op een manier die in principe niet afwijkt van de manier waarop ook gladde holle vezels worden gemaakt, namelijk via fasenscheiding. Dr. Rob Lammertink, universitair docent bij de vakgroep, vertelt hoe een en ander in zijn werk gaat.

“Normaliter maak je een oplossing van polymeren, waaronder

De Norit Filtrix ShowerFilter, een douchekop met een geïntegreerde membraan

filtermodule die de legionella bacterie effectief tegenhoudt. Een compacte filtra-

tiemodule is hier zeer op z’n plek, want als ergens een gevaar voor legionella zou

zijn, dan is het wel bij het douchen (vernevelen) met water dat langere tijd en bij

een zomerse temperatuur heeft stilgestaan.

Demonstratiemodel van een ultrafiltratiemodule, waarin holle vezels zijn gebun-

deld in een cilindrische omhulling. Op deze manier wordt een hoge vezeldichtheid

verkregen en daarmee een hoge doorstroming.

Kopaanzicht van de demonstratie

module waarbij de holle vezels zijn

afgetopt en in hars zijn gegoten.

Schematische opbouw van een spinkop.

(Afb

eeld

ing

Mem

bran

e Te

chn

olo

gy G

rou

p, U

niv

ersi

teit

Tw

ente

)

Afb

eeld

ing

: No

rit

Filt

rix

htt

p://

ww

w.f

iltr

ix.c

om


polyethersulfon, of een mengsel van polymeren in NMP (Nmethylpyrrolidon). Die oplossing wordt via de spuitmond geëxtrudeerd, waarbij de straal vervolgens in water terecht komt. Het oplosmiddel lost op in water, maar het polymeer niet; het mengsel van polymeer en NMP raakt daardoor steeds meer verzadigd en op het laatst coaguleert het polymeer en wordt het vast. Een faseovergang die in dit geval wordt aangeduid als immersieprecipitatie. Het aardige is dat de overgang van polymeerinoplossing naar vast polymeer relatief geleidelijk verloopt.” Op het grensvlak tussen NMP en water – solvent en nonsolvent – vormt zich eerst een huid, een ‘skin’ in het jargon, met rela- Schematische weergave van een spinopstelling voor het maken van holle vezels

met een microgestructureerde membraanlaag aan de buitenzijde van de vezel.

Een polymeeroplossing wordt hierbij door een spinneret (spinkop) geëxtrudeerd.

Om te voorkomen dat de holle vezel inklapt, wordt tijdens het spinnen door een

naald in de spinneret, tegelijkertijd een hulpvloeistof gepompt. Het spuitproduct

bestaat uit een polymeer opgelost in een organisch vloeistof (bijv. polyethersulfon

in NMP). Bij het spinnen treden drie fysische processen op:

1) Zodra het polymeer de spuitkop verlaat, zal het oplosmiddel deels door de bui-

tenkant van de holle vezel uittreden en deels aan de binnenkant door de hulpvloei-

stof worden opgenomen.

2) Daarnaast zal water via de gasfase (luchtspleet) en het coagulatiebad aan de

buitenkant van de vezel naar binnen treden en vanuit de hulpvloeistof aan de

binnenzijde van de vezel. Hierdoor ontstaan polymeerrijke en polymeerarme

gebieden die de vorming van de porie van de vezel bepalen. In dit spinproces

wordt aan de buitenkant van de vezel een relatief compacte microporeuze mem-

braanlaag (skin of huidje) gevormd, die grotendeels de filtratiekarakteristieken

bepalen. De grootte van deze poriën wordt in sterke mate bepaald door de lengte

van de luchtspleet. Hoe kleiner de luchtspleet, hoe kleiner de poriën in de mem-

braanlaag.

3) In het spoelbad wordt de vezel vast en verdwijnen de laatste resten van het

oplosmiddel.

(Afb

eeld

ing

Mem

bran

e Te

chn

olo

gy G

rou

p, U

niv

ersi

teit

Tw

ente

)

“Hoe beter een innovatie

(fysiek) aansluit op de markt,

hoe groter de kans van slagen”

Prof.dr. Cees van Rijn: “Het is de uitdaging van microsysteem technologie om systemen steeds kleiner te maken, met behoud van hun functies, zodat er kosteneffectiever kan worden gewerkt. Zo leidt het aanbrengen van een micro-structuur in een holle vezel al tot een effectieve toename van het membraanoppervlak per gebruikte kilo grondstof . Maar erg belangrijk voor de slaagkans van een innovatie is dat je de inbedding ervan zoveel mogelijk onveranderd laat. In het geval van microfiltratie hebben we geprobeerd om het vezelmateriaal, de productieparameters en de specificaties van het membraan zoveel mogelijk hetzelfde te laten en die te laten aansluiten op wat nu reeds op de markt verkrijg-baar is. Dat maakt de marktacceptatie door eindgebruikers relatief makkelijk. Daarnaast zijn de nieuwe filtratiemodules goedkoper te produceren. Dr. Tammo Bieze van Tembo BV vervolgt: “De toegevoegde waarde van dit product is dat je nu compactere filtratiemo-dules kan bouwen. Vooral op plaatsen met weinig ruimte is dat een voordeel. Daarnaast is minder materiaal (polymeer) nodig om een filtratiemodule te maken. Bovendien drukken kleinere filtersystemen niet alleen de kosten voor het peri-odieke onderhoud, maar vergen ook minder spoelwater en energie, en dat is niet alleen beter voor de portemonnee, maar ook weer beter voor het milieu.”

Tammo Bieze (links) en Cees van Rijn

Om de doorstroom van hollevezelfilters te vergroten, werd in het MicroNedpro-

gramma onderzoek opgestart naar het vergroten van het membraanoppervlak van

de holle vezels. Aquamarijn BV heeft halfgeleidertechnologie toegepast om een

spinneret te maken waarmee een microstructuur in een holle vezel kan worden

aangebracht.

>


tief kleine poriën. Naarmate je dieper komt worden die steeds groter, omdat het oplosmiddel minder snel verdwijnt. Er ontstaat dus een membraan waarvan de poriën van buiten naar binnen gezien steeds groter worden.Lammertink: “Je zou kunnen zeggen dat de skin, die één micro-meter of minder dun is, de feitelijke membraan vormt terwijl de rest van het polymeer een dragende functie heeft.”

DrukvalZoals gezegd, wordt deze spintechniek op grote schaal toege-past voor het maken van volledig holle vezel- en capillaire mem-branen, zoals die bijvoorbeeld worden gebruikt in waterzuive-ring en nierdialyse. De nieuwe microstructuur in de spinkop zorgt er echter voor dat het oppervlak van het membraan veel groter wordt, aldus Lammertink, zonder dat de drukval over het membraan toeneemt. Die drukval wordt veroorzaakt door de weerstand van de skin. De skin is op de top en aan de zijkanten van de ribbeltjes even dik – circa één micrometer – als in de rest van het membraanoppervlak. De facto vergroot je daarmee het actieve oppervlak met minimaal een factor twee, ofwel je kunt tweemaal het gebruikelijke volume door het rietje persen. De eigenschappen van het membraan, zoals dikte en porie-grootte zijn op verschillende manieren te beïnvloeden. Zo kan het aantal poriën worden beïnvloed door een extra polymeer toe te voegen aan de oplossing. Ook de concentratie van polymeeroplossing en de temperatuur zijn van belang voor de eigenschappen van het membraan. Voor het behoud van de microstructuur is daarnaast de afstand tussen de spuitmond en de nonsolvent, waarin het polymeer coaguleert, van belang. Als deze ‘air gap’ te groot is, gaat de microstructuur verloren en vormt zich een gewone holle vezelmembraan met een gladde binnen en/of buitenkant.

Minder vervuilingUit metingen die Lammertink met zijn groep uitvoert, blijkt dat het microgestructureerde capillaire membraan het beter doet dan verwacht. Niet alleen is het volume dat per eenheid mem-braanoppervlak wordt gereinigd bijna tweemaal zo hoog, zoals verwacht, maar bovendien blijkt de vervuilingsgraad een stuk lager dan bij een glad membraan. Gevraagd naar een verklaring moet Lammertink het antwoord vooralsnog schuldig blijven.

“Het kan zijn dat de microstructuur de stroming beïnvloedt, waardoor de grenslaag tussen vloeistof en membraan wordt opgebroken en vervuiling geen kans krijgt om zich te hechten. Een vergelijkbaar fenomeen kan echter ook worden veroor-zaakt door variatie in de dikte van de ‘skin’, maar dat zijn we nog aan het onderzoeken. Dat leidt in ieder geval tot een hete-rogene flux door het membraan en ook dat kan een gunstig effect hebben op de vervuiling.”Hoe het ook zij, de gunstige eigenschappen van het gestruc-tureerde capillaire membraan (hogere flux, minder vervuiling) vormen een uitstekende aanleiding om het gedrag in de praktijk te onderzoeken.

“De bedoeling is om de membraanvezel te gebruiken voor het verwijderen van bacteriën en sedimenten en eventueel uitgevlokt ijzeroxide”, vertelt Tammo Bieze, chemisch fysicus en directeureigenaar van Tembo BV, een bedrijf dat systemen levert voor het zuiveren van drinkwater en industriewater. Daarbij kan het gaan om het verwijderen van ziekteverwekkers

Macroopname van een spinneret, gemaakt met de zogenoemde deep reactive ion

etchingtechniek. Het etsmiddel is een plasma, dat radicalen bevat van zwavel en

zuurstof. Het zwavelradicaal zet silicium om in siliciumhexafluoride dat als gas ver-

dwijnt, terwijl de zuurstofradicalen deze reactie als het ware blokkeren. Door nu te

sturen met de etstemperatuur en de verhouding zwavel respectievelijk zuurstof-

radicalen, ontstaan wanden die precies loodrecht zijn.

Close-up van het spinnen

van een holle vezel met

micro-structuur aan de

buitenkant van de vezel.

De poriegrootte en de

poriedichtheid van de

membraanlaag worden

in hoge mate bepaald

door de tijd die nodig is

om de luchtspleet (door-

gaans tussen de 1 mm en

enkele centimeters) tussen

de spinneret en het coa-

gulatiebad te overbruggen. Door de oppervlaktespanning heeft de microstruc-

tuur de neiging weer terug te vloeien naar de ronde vorm (zonder structuur), maar

door het verhogen van de viscositeit van de oplossing of door het verlagen van de

oppervlaktespanning, wordt dat vertraagd.

(Fo

to: M

embr

ane

Tech

no

logy

Gro

up,

Un

iver

site

it T

wen

te)

Dwarsdoorsnede van een gesponnen vezel.

Aan de SEM-opname is goed te zien dat

de luchtspleet relatief kort was, omdat

de microstructuur zeer goed behouden is

gebleven.

(Fo

to: M

embr

ane

Tech

no

logy

Gro

up,

U

niv

ersi

teit

Tw

ente

)

Cees van Rijn’s ‘broodtrommeltje’

met gesponnen vezels met micro-

structuur.


als Legionella of Cryptosporidium, bijvoorbeeld ook voor het verwijderen van eiwitten uit proceswater, zodat dat binnen hetzelfde bedrijf hergebruikt kan worden, bijvoorbeeld als spoelwater.

Groeimarkt“Waterbehandeling is een enorme groeimarkt”, stelt Bieze, “en membranen spelen daarin een sleutelrol. Niet alleen op grote schaal bij drinkwaterbedrijven, maar ook op kleinere schaal bij hotels, zorginstellingen en zelfs particulieren. Ook in de indu-strie komt steeds meer aandacht voor water, omdat het steeds duurder wordt om water te winnen, maar ook om het te lozen. Het grote voordeel van een microgestructureerd membraan is dat je systeem de helft kleiner kan worden. Dat maakt het inte-ressant voor kleinere instellingen en particulieren, omdat het maar weinig ruimte vraagt. Naast toepassing als ‘point of entry’ zuivering, zeg maar op het punt waar het water wordt aange-voerd, zou je zelfs kunnen denken aan systemen die het water zuiveren bij het ‘point of use’, het verbruikspunt. De douchekop, bijvoorbeeld, of de waterkraan.”Het grote voordeel van die laatste toepassing – point of use – is dat je de mate van zuiverheid van het water kunt afstemmen op het gebruik.Bieze: “Van de 120 liter water die we per persoon per dag gebruiken is maar een paar liter bestemd voor drinkwater. Dan is er nog zo’n 50 liter die wordt gebruikt om te douchen. Dat water moet in ieder geval vrij zijn van bepaalde bacteriën, zoals Legionella, want door de verneveling bij het douchen kan het effect daarvan levensgevaarlijk zijn voor de gezondheid. De overige 60 liter is voor het doortrekken van het toilet of om de was en de afwas te doen. Toch wordt alle water gezuiverd tot drinkwaterkwaliteit. In Nederland kunnen we het ons nog wel veroorloven om zo inefficiënt met drinkwater om te springen, maar in andere landen, waar water schaars en vaak ook ver-vuild is, is een gedifferencieerde aanpak meer op haar plaats en zouden mensen zeer gebaat zijn bij een ‘point of use’ drinkwaterzuivering. Overigens wordt er wel gedacht aan het herge-bruik van douchewater. De doucher zou er dan met een knop voor kunnen kiezen om water met shampoo- en zeepresten weg te spoelen, om daarna het veel schonere douchewater te laten hergebruiken voor een langere comfort douchesessie, zonder het milieu al te veel te belasten.”Gunstige perspectieven dus voor de geribbelde rietjes, al moeten ze nog wel worden waargemaakt. Dankzij het onderzoek in het kader van MicroNed is nu al duidelijk dat het mogelijk is om met halfgeleidertechnologie een spuitmond te maken waarmee microstructuren in een capillair membraan kunnen worden aangebracht. Waarmee maar weer eens wordt geïllustreerd dat innovaties ontstaan op het grensvlak van verschillende vakgebieden.<Voor nadere informatie over dit onderwerp uit werkpakket 3C kunt u contact opnemen met prof.dr. Cees van Rijn, tel. (0575) 519 751, email [email protected], of met dr. Rob Lammertink, tel. (053) 489 2063, email [email protected] , of met dr. Tammo Bieze, tel. (073) 657 9381 / (040) 264 5015, email [email protected].

SEM-opname van een

dwarsdoorsnede van de

buitenkant van een holle

vezel. De laag rechts-

onder is de feitelijke mem-

braanlaag, ook wel de

skin genoemd. De laag

heeft een hogere dicht-

heid, maar is met poriën

van tien nanometer erg

poreus. De grof poreuzere

binnenkant fungeert uit-

eindelijk als drager voor

de skin.

Close-up van een spinkop

met een microgestructu-

reerde holle naald voor

het spinnen van een holle

vezel met een microstruc-

tuur aan de binnenkant. De holle naald is gemaakt door een speciaal voor dit pro-

ject ontwikkeld 3D galvanisch opgroeiproces. De ondergrond is een holle vezel met

een microstructuur aan de buitenkant, die later wordt weggeëtst.

Dwarsdoorsnede van de

holle vezel met micro-

structuur, zoals geprodu-

ceerd met bovenstaande

spinneret. De uiteindelijke

diameter wordt bepaald

door de krimp als gevolg

van de coagulatie en de

kracht waarmee de vezel

door het coagulatiebad

wordt getrokken.

SEMopname: Membrane Technology Group, Universiteit Twente)

SEM

opn

ame:

Mem

bran

e Te

chn

olo

gy G

rou

p, U

niv

ersi

teit

Tw

ente

)

SEMopname: Membrane Technology Group, Universiteit Twente)

Dwarsdoorsnede van een holle vezel, waarbij zowel aan de binnenkant als aan de

buitenkant een microstructuur zichtbaar is. De macroporeuze wand draagt veel bij

aan de lage stromingsweerstand.


Micro-coriolis-sensor voor minuscule massastromen

Hogedruk-vloeistofchromatografie (HPLC) is een analysemethode die

onder meer veel wordt toegepast in de farmaceutische industrie om

vast te stellen hoeveel microgram van een werkzame stof er uiteindelijk

in hun pilletjes terecht is gekomen. Ook voor dopingcontrole wordt

HPLC gebruikt. De nauwkeurigheid van de HPLC analyse valt en staat

met de constantheid van de snelheid waarmee de dragervloeistof door

de detector van het meetinstrument stroomt. De meting vereist een

veranderende verhouding tussen twee dragervloeistoffen, waaraan de te

meten substantie wordt toegevoegd.

De toevoer daarvan ligt in de orde van grootte van 1 gram per uur.

Twentse onderzoekers zijn er in geslaagd een micro-structuurtje

van silicium te maken dat aan die eisen voldoet. Een eerste

demonstratieversie is gereed.

door Bennie Mols

Closeup van de microcoriolisstromingmeter,

zoals die momenteel wordt getest bij Demcon.

Een gemiddelde haar is ongeveer twee keer zo

dik als het buisje.


Zowel bij de industrie als in de wetenschap is er een voortdu-rende behoefte aan steeds nauwkeuriger meten. Nauwkeurig-heid is een relatief begrip; wat tien jaar geleden als nèt haalbaar gold, daar haalt men vandaag bijna de neus voor op. Dat biedt wetenschappers en onderzoekers in de industrie telkens een uitdaging om weer een nieuwe standaard neer te zetten. Het is dan ook een privaatpubliek samenwerkingsverband tussen de bedrijven Bronkhorst HighTech BV, Demcon Advanced Mechatronics BV, LioniX BV en Micronit Microfluidics BV aan de private kant, en de Universiteit Twente aan de publieke kant, dat belangrijke stappen heeft gezet op weg naar een stromings-meter die minder dan een gram per uur kan meten, en waarbij het niet uitmaakt welke stof er doorheen stroomt. Bronkhorst is een fabrikant gespecialiseerd in nauwkeurige stromingsmeters en –regelaars. Demcon is een ingenieursbureau gespecialiseerd in mechatronicasystemen, LioniX ontwikkelt en produceert microfluïdische systemen (en ontwikkelt ook geïntegreerde optica). Micronit Microfluidics is gespecialiseerd in lab-on-a-chipproducten. Het project wordt voor de helft gesubsidieerd (en tevens actief ondersteund) door MicroNed.

Dr.ir. Joost Lötters is technology officer bij Bronkhorst HighTech BV, gespecialiseerd in het ontwikkelen en produceren van massastromingsmeters voor lage debieten. Hij vertelt over de groeiende marktbehoefte aan het meten van kleine massas-tromen: “De geneesmiddelenfabrikanten willen bijvoorbeeld exact weten hoeveel werkzame stof ze in een pil of een poeder stoppen. De analysetechniek die ze gebruiken, hogedrukvloei-stofchromatografie, moet typisch massa stromen van minder dan een gram per uur kunnen meten. In de fijnchemie worden bijvoorbeeld tientallen verschillende typen katalysatoren getest voor de autoindustrie. Al die types willen ze tegelijk door-meten om snel te kunnen bepalen welke katalysator de beste is. Ook hier is het nodig zulke kleine massa stromen te meten. En de voedingsmiddelenindustrie wil zulke kleine debieten bijvoorbeeld meten om bepaalde stoffen, die ze uit melk halen, vervolgens te gebruiken voor babyvoeding of andere voedings-middelen.”

Draaiing van de aardeVoor het meten van kleine massastromen, zelfs kleiner dan een gram per uur, bestaan meerdere technieken. Een veel gebruikte techniek is gebaseerd op warmteoverdracht. Hoe meer massa van een bepaalde stof door een opgewarmd buisje stroomt, hoe sneller het buisje afkoelt. Zo wordt de temperatuurdaling van het buisje gebruikt als maat voor de hoeveelheid stof die erdoor stroomt. Het nadeel van deze methode is dat het meet-apparaat voor elke stof apart moet worden gekalibreerd, omdat de warmteoverdracht mediumafhankelijk is.Veel handiger is het gebruik van een techniek die mediumonafhankelijk is en waarbij je niet van te voren hoeft te weten welke stof er doorheen stroomt, zoals een stromingsmeter die gebruik maakt van de corioliskracht. Daarbij maakt het niet uit of er een gas of een vloeistof door het buisje stroomt, noch wat

Micro-coriolis-sensor voor minuscule massastromen

Door de steeds fijnere analysemethoden als hogedrukvloeistofchromatografie

(HPLC) bij de productie van bijvoorbeeld geneesmiddelen, is er behoefte aan

stromingsmeters die debieten kunnen meten van vloeistoffen met wisselende

samenstelling, zoals de microcoriolissensor, die in het kader van het MicroNed

programma is ontwikkeld. Het gaat daarbij om hoeveelheden van minder dan een

gram per uur.

De micro-coriolis-stro-

mingsmeter is een mini-

aturisering (op basis van

een andere techniek) van

de reeds door Bronkhorst

CoriTech BV op de markt

gebrachte mini-Cori-Flow

die massastromen van

enkele grammen per uur

kan meten. Het instru-

ment wordt inmiddels toegepast in de voedings en halfgeleiderindustrie, petro-

chemie, pharmaceutische industrie en op laboratoria van universiteiten. De mini

stromingsmeter wordt ook toegepast in doseersystemen.

a b s t r a c t

Micro-coriolis-sensor for measuring

minute mass flows

High pressure liquid chromatography (HPLC) is a commonly used analytical method, amongst others, in the pharmaceutical industry, to verify the exact number of micrograms of an active substance in their drugs. The method is also used by antidoping authorities. A nonvarying flow of the carrier fluid into the HPLC is paramount for the exactness of the reading. The measurement requires a varying composition of the carrier fluid, to which the specimen is added at a rate of typically 1 gram per hour. Researchers from the Twenteregion in the east of the Netherlands managed to produce a micro flow sensor in silicon. The minute structure uses the coriolis force to establish mass flows of varying composition of as little as a gram per hour. The proofofprinciple has been established with a demonstration version.


>


de dichtheid of de stroperigheid is. Zo’n stromingsmeter maakt gebruik van de kracht die een stromend medium in een draai-ende omgeving ondervindt. Het is dezelfde kracht die er ook voor zorgt dat wind- en waterstromen door de draaiing van de aarde op het noordelijke en zuidelijk halfrond in tegengestelde richting worden afgebogen.

“Coriolisstromingsmeters worden typisch gebruikt in grote con-structies bij grote stromingen”, vertelt Lötters. “Het gas en de olie die Rusland naar het westen transporteert, wordt gemeten met grote coriolisstromingsmeters. Hoewel het een prachtig meetprincipe is, is het moeilijk om deze stromingsmeters kleiner te maken. Hoe kleiner je ze wilt maken, hoe moeilijker het wordt, maar dat is wel precies onze specialiteit.”In een kleine coriolisstromingsmeter stroomt een gas of een vloeistof door een dun lusvormig buisje. Aan het lusje wordt een rotatietrilling om een excitatieas opgelegd, met behulp van een externe trillingsbron. Door die rotatie ondervindt het stromende medium een coriolis-kracht. Deze kracht zorgt voor een extra coriolisrotatie rondom een tweede as, loodrecht op de excitatieas. Uit de grootte van de tweede rotatie is de corioliskracht te berekenen. Is deze kracht eenmaal bekend, dan kun je precies uitrekenen hoeveel van het medium door het buisje stroomt. Kracht en stroming zijn namelijk op een natuurkundig bekende manier aan elkaar gerelateerd. Het instrument bepaalt ook direct de dichtheid van de stof.

KunststukjeDe best verkrijgbare coriolisstromingsmeter die thans op de markt is, kan pas vanaf enkele grammen per uur meten. Het lus-vormige buisje meet hier vier bij vier centimeter. Bronkhorst CoriTech BV bracht deze stromingsmeter begin 2008 op de markt. Omdat er een grote marktbehoefte bestaat voor het meten van nog kleinere massastromen, werkt het Nederlandse samen-werkingsverband tussen Bronkhorst, Demcon, LioniX, Micronit Microfluidics en de Universiteit Twente sinds 2006 hard aan een functioneel model van een microcoriolisstromingsmeter.De micro-coriolis-stromingsmeter is een rechthoekige chip van vijftien bij vijftien millimeter met een uitsparing in het midden. In de uitsparing hangt een lusvormig buisje met een lengte van tien millimeter. Daar gebeurt de coriolismeting. De chip is verder voorzien van kanaaltjes die de vloeistof of het gas naar het tril-lende coriolisbuisje leiden en van de elektronische verbindingen voor de aansturing en de uitlezing. Het ontwerp en de fabricage van het buisje door dr.ir. Jeroen Haneveld is een kunststukje op zichzelf. De binnendiameter meet veertig micrometer en de buiswand is slechts één tot anderhalve micrometer dik.De onderzoeksgroep Transducers Science & Technology (TST) van het MESA+ onderzoeksinstituut van de Universiteit Twente fabriceerde de gehele chip, inclusief het lastigste onderdeel ervan: het buisje waarmee de coriolismeting gebeurt.

“Het maken van het buisje doen we via een uniek proces”, vertelt dr. ir. Remco Wiegerink van TST. “We maken het buisje uit één stuk siliciumnitride door goed gecontroleerd eerst een holte in de vorm van het pad van de buis weg te etsen. Vervol-gens bedekken we de holte met siliciumnitride. Daarna etsen we de omgeving weg, zodat er een vrijhangend buisje van silicium nitride overblijft.”

Optisch en capacitief uitlezenVia een depositieproces wordt ook nog een geleidend laagje van chroomplatina of van goud op de bovenkant van het buisje

Principe van de werking

van de coriolis-kracht op

het microbuisje. Bij rotatie

om as ωact en massa-

stroom oI m ontstaat in de

buislengtes loodrecht op

de as ωact de coriolis-

kracht Fcor. Deze kracht

veroorzaakt de extra

rotatie ωcor. De kracht is

evenredig met de massa-

stroom (mg/s).

Basisstappen van het fabri-

cage-proces van de chip.

(Links dwarsdoorsnede,

rechts langsdoorsnede) In

stap A wordt de buisvorm

geëtst. Bij stap B wordt

door middel van depositie

een laagje siliciumnitride

aangebracht, dat straks

de buiswand vormt. In

stap C wordt een metaal-

patroon op de chip aan-

gebracht, terwijl in stap D

door anisotroop nat-etsen

de coriolis-buis van silici-

umnitride wordt los geëtst

van de omgeving.

SEMfoto van stap D uit

het etsproces. De onder-

kant van de chip toont de

plaats waar het coriolis-

buisje vrijkomt uit het sili-

cium.

Opname van stap B

gemaakt met een raster-

elektronenmicroscoop

(SEM). Het laagje silicium-

nitride is duidelijk zicht-

baar.

De draaiing van de aarde veroorzaakt een coriolis-kracht waardoor de draairich-

ting van de wind en waterstromen op het noordelijk en zuidelijk halfrond tegen-

gesteld zijn.


aangebracht. Dat is nodig om er een wisselstroompje doorheen te sturen. Het lusvormige buisje wordt namelijk opgehangen in een magnetisch veld. De combinatie van het magnetische veld en de wisselstroom veroorzaakt een Lorentzkracht op het buisje, die ervoor zorgt dat het gaat oscilleren rond de excitatieas. Dit is de opgelegde trilling. Het gas of de vloeistof die door het buisje stroomt, ondervindt door die excitatierotatie een coriolis-kracht. De uitdaging is nu om deze kracht te bepalen uit de coriolisrotatie. Want wanneer deze bekend is, is ook de massastroom bekend.

“We volgen hierbij een tweesporenbeleid”, vertelt ir. Rini Zwikker, senior projectmanager van ingenieursbureau Demcon.

“Beide sporen meten via een andere techniek de uitwijking van de coriolisrotatie. Het ene spoor gebruikt een capacitieve meting, waarbij de sensor tegelijkertijd als een kleine conden-sator wordt gebuikt, waarin elektrische lading kan worden opgeslagen. Het andere spoor gebruikt optische detectie.”

LaserstraalHet idee van de capacitieve meting is om zowel het lusje, als het doosje waarin het lusje heen en weer beweegt, van een elektrisch geladen kamstructuur te voorzien, waarbij beide kamstructuren ten opzichte van elkaar bewegen. De kammen fungeren als platen van een condensator. Meet je nu de voort-durend veranderende elektrische capaciteit tussen de twee kammen, dan kun je precies bepalen wat de uitwijking van de beweging is. Daarmee is de coriolis-kracht en dus ook de mas-sastroom bekend.Bij de optische detectie weerkaatst een laserstraal op het buisje, waarbij het teruggekaatste licht op een lichtgevoelige cel valt. Door de trilling van het lusje verandert de positie van de gereflecteerde straal op de lichtgevoelige cel. Daaruit wordt de coriolis-kracht en dus ook de massastroom bepaald.

“Beide detectiemethoden doen het even goed”, concludeert Zwikker. “We hebben nog geen keuze gemaakt welke van de twee we gaan gebruiken voor het prototype van de stromings-meter. De techniek met de beste prijsprestatieverhouding zal het gaan winnen.”De bedoeling is dat de stromingsmeter uiteindelijk in een behui-zing ter grootte van een luciferdoosje moet passen. Hierbij is de kunst om het doosje zodanig van de buitenwereld af te sluiten, dat er binnenin een zo hoog mogelijk vacuüm kan worden bereikt. Hoe minder luchtweerstand het lusje bij de schomme-ling ondervindt, hoe nauwkeuriger de sensor kan meten. Zwikker: “Voor de microcoriolisstromingsmeter productierijp is, moeten we diverse stappen optimaliseren: het fabriceren van het buisje; het laten trillen van het buisje; het meten van de tril-ling; het berekenen van de massastroming uit die trilling; en ten slotte het integreren van alles in een kleine behuizing. Van al die stappen, is het meten van de trilling de moeilijkste. We hebben met de huidige demonstratieversie laten zien dat het meetprin-cipe werkt, maar ik denk dat we nog zeker drie jaar nodig hebben om hieruit een produceerbaar prototype te ontwikkelen.”<Voor nadere informatie over dit onderwerp uit werkpakket 2E, kunt u

contact opnemen met:

Dr.ir. Joost Lötters, [email protected],

Dr.ir. Jeroen Haneveld, [email protected],

Ir. Rini Zwikker, [email protected], of met

Dr.ir. Remco J. Wiegerink, [email protected]

SEM-opname van de com-

plete coriolis-buis-sensor.

Het rechthoekige buisje

hangt nu geheel vrij, met

slechts 150 micrometer

afstand tot de rand van

de chip.

Macro-opname van het

vrijhangende coriolis

buisje met een er dicht

langsheen lopende 2e

structuur (vergelijk ope-

ningsfoto). De coriolis

kracht wordt uitgelezen

met behulp van een capa-

citieve meting, waarvoor op beide structuren elektroden zijn aangebracht. De rela-

tieve afstand tussen de bewegende en de stilstaande elektroden veroorzaakt een

veranderende capaciteit, waaruit de corioliskracht kan worden gedestilleerd.

De chip met de micro-cori-

olis-stromingsmeter in een

proefopstelling in het labo-

ratorium van de Universi-

teit Twente. De sensor is

voorzien van twee perma-

nente magneten voor de

excitatie met behulp van

Lorentzkrachten

De micro-coriolis-stro-

mingsmeter met randap-

paratuur in een test-opstel-

ling, waarbij de aan en

afvoerleidingen aan de

onderkant van het print-

plaatje zijn aangebracht

Bovenaanzicht van de

laboratorium-opstelling

voor optische uitlezing. Bij

ingenieursbureau Demcon

wordt verder onderzoek

gedaan aan optische uitle-

zing met de uitvoering van

Hanevelds chip, zoals afge-

beeld in de openingsfoto.

Daartoe is het microcoriolisbuisje voorzien van extra randjes, waarop een laser-

straal reflecteert. Linksboven is de lichtbron, in het midden de chip met de buis op

een XYtafeltje. Linksonder zowel de lichtdetector als de elektronica.

Principe van de optische uitlezing, met linksboven

de lichtbron, rechtsboven de lichtdetector. De

lichtbundel weerkaatst tegen het randje van het

ruitvormige coriolisbuisje. Een rotatie van het

buisje veroorzaakt een verplaatsing van de licht-

straal op de detector.


Wat is het hebbedingetje?Het is een rasterelektronenmicroscoop, beter bekend als een scan-ning electron microscope, ofwel SEM. Deze nieuwe Phenom van elektronen-microscoopbouwers FEI uit Eindhoven is zo groot als een kleine koffieautomaat en kostte slechts € 63.500. Er zijn nog maar 35 van deze apparaten in Nederland in gebruik.

Wie is de gebruiker?Dr. Rob Sillen (1949), projectleider Kenniscentrum Product Ont-wikkeling en Minormanager Microsysteemtechnologie aan de Hogeschool Utrecht. Na zijn studie natuurkunde aan de Universi-teit Utrecht, waar hij afstudeerde op kernfusie, deed hij promotieonderzoek (198086) bij het FOM in Rijnhuizen. Hij werkte er aan een meetmethode om de temperatuurprofielen van thermonu-clearie plasma’s in kaart te brengen. Daarmee kunnen kernfusie-processen worden bestudeerd in een Tokamak, een donutvormige vacuümkamer waarin een plasma kan worden opgesloten met behulp van sterke magnetische velden.Sillen, die altijd al een voorliefde had voor het onderwijs, ging na zijn promotie werken bij de Hogeschool Hilversum, studierichting Fijnmechanische Techniek. Na een aantal jaren raakte hij ook betrokken bij de oprichting van MINAC, de voorloper van MINACNed, een organisatie die zich ten doel stelt om de activiteiten op het gebied van micro en nanotechnologie te bevorderen.Na een aantal fusies in HBOland bevond Sillen zich bij de Hoge-school Utrecht. In 1998 was hij een van de krachten achter het Utrecht Micro Engineering Competentie Centrum. Door intensieve contacten en samenwerking met het MESAinstituut van de Univer-siteit Twente, onder meer voor docenten en studentenstages, en

door deelname aan conferenties en beurzen, slaagde de studie-richting Fijnmechanische Techniek erin voldoende expertise op te bouwen om hoogwaardig MSTonderwijs aan te kunnen bieden.Met subsidies kon Sillen in 1998 bij Microsysteemtechnologie een cleanroom opzetten voor onderwijsdoeleinden. De afdeling kreeg ook een Leitz SEM uit de jaren zestig die oorspronkelijk bij de Hoge-school Heerlen had gestaan.Telkens wanneer Sillen en de studenten de oude Leitz wilden gebruiken om hun halfgeleider ontwerpen van zeer nabij te bekijken, moest een operator eerst drie uur pompen voor een vacuüm van 105 Torr. Tijdens de verbouwing van het hoofdgebouw kwam de oude Leitz rasterelektronenmicroscoop ergens in een opslag; voor wie hem wil hebben. De ongemakken van het oude apparaat in combinatie met de verbouwing waren het breekijzer voor de afdeling MST en het lectoraat Microsysteemtechnologie om de moderne en compacte Phenom van FEI te kopen.

Waarom is dit apparaat voor U belangrijk:Rob Sillen: “Phenom is ontworpen voor het vergrotingsgebied tot 20.000. Dat is weliswaar veel minder dan de oude Leitz SEM, maar voor wat wij nodig hebben is dit apparaat perfect. Wij kijken onder meer naar materiaalkundige eigenschappen van proefstukken, zoals breukvlakken en naar de effecten van het opdampen van lagen en etsen.”“Ook de manier waarop je signalen kan detecteren is misschien wel wat beperkt. Zo kun je hiermee bijvoorbeeld niet in de luminicentiemodus werken, waarmee je elektrische informatie over je proefstuk krijgt. Ook de röntgenanalyse en de meting van augerelektronen voor de samenstelling van het materiaal ontbreekt, evenals de zogenoemde secondaireelektronendetectie. Daarmee krijg je

Hebbedingetje door Philip Broos


Agenda

informatie over de topologie van je materiaal. Bij de Phenom gebruiken ze alleen backscatttermethode, waarbij het beeld wordt opgebouwd door de elektronen op te vangen die van het monster terug kaatsen. Okay, je krijgt hier dus minder analysemethoden ter beschikking, maar ze hebben voor €63.000 wel een zeer betaalbaar vergrotingsapparaat gemaakt.”“Waar we bij die Leitz drie uur vacuüm moesten pompen, kan je bij dit instrument al na vijf minuten aan het werk. Hier zit ook een vacu-umpomp op, dat zit in het “schoenendoosje” onder de tafel.”“De Phenom levert enorm mooie beelden”, stelt hij met een tevreden glimlach vast. “Je kunt veel grotere vergrotingen maken dan met een optische microscoop en toch hou je vanwege de grote scherptediepte een goed overzicht. Daarnaast is het gebruiksgemak van dit ding enorm. Met één druk op de knop kan ik alle instellingen veranderen en in combinatie met het aanraakscherm is het werkelijk

een feest om er mee te werken. Bij de Leitz had je een operator nodig, met dit apparaat kunnen de studenten zelf binnen de kortste keren zelf aan de slag. Je moet ze eens zien glimmen wanneer ze na tien minuten zelf achter de knoppen zitten!”“Wij willen microsysteemtechnologie in het onderwijs uitbreiden met materiaalonderzoek en dan is SEM een prachtig hulpmiddel. Zowel de afdeling LifeSciences & Chemistry als de afdeling Elektrotechniek komen binnenkort bij ons met monsters om te kijken hoe zij het apparaat kunnen gebruiken. Zelfs van buiten de Hogeschool komen er gebruikers. Laatst heeft de zonnecelgroep van de Univer-siteit van Utrecht vanwege verbouwingen in hun lab gevraagd wat proefjes te mogen doen met onze apparatuur, vertelt Sillen. “Als genoegdoening hebben we wat samples gekregen, dat is met recht wat je een een winwinsituatie noemt.”<

Congressen / Symposia / Beurzen

CANEUS 2009Workshops on Micro Nano Technologies International Collaborative Aerospace Development from Concept to System1 t/m 6 maart 2009NASA Ames Research Center Moffett Field, CA, USA www.caneus2009.org

2009 Biosensors and MEMS Packaging2 en 3 maart 2009Heriot Watt University Edinburg, GrootBrittanniëwww.imaps.org.uk

Point one & SenterNovem9 maart 2009Evoluon, Eindhovenwww.point-one.nl/Events

YoleMEMS CEO meeting11t/m 13 maart 2009Conferentiecentrum, High Tech Campus, Eindhovenwww.yole.fr

EuroSimE 2009Thermal, Mechanical and Multiphysics Simulation and Experiments in MicroElectronics and MicroSystems27 t/m 29 april 2009Technische Universiteit Delftwww.eurosime.org

I2MTC2009 IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference5 t/m 7 mei 2009 Suntec Singapore International Convention & Exhibition CentreSingapore, Singapore www.imtc.ieee-ims.org

NMDC2009 IEEE Nanotechnology Materials & Devices Conference2 t/m 5 juni 2009 Traverse City, MI, USA www.egr.msu.edu/nmdc2009

EUSPEN 2009European Society for Precision Engineering & Nanotechnology 2 t/m 5 juni 2009San Sebastian, Spanje www.sansebastian.2009euspen.eu

COMS 200930 augustus t/m 4 september 2009Radisson SAS Falconer Hotel, Kopenhagenhttp://www.mancefcoms2009.org/

HATHealth & Technology congres 20098 en 9 september 2009Congrescentrum Papendal, Arnhemwww.hat-congres.nl

MNE35th International Conference on Micro & Nano Engineering (MNE)28 september t/m 1 oktober 2009Gent, Belgiëhttp://www.mne09.org/

Precisiebeurs 20092 en 3 december 2009NH Conferentiecentrum Koningshof, Veldhoven www.precisiebeurs.nl

MicroNano conferentie 20095 en 6 novemberDelft

Eurohaptics 20108 t/m 10 juli 2010Vrije Universiteit, Amsterdamhttp://www.eurohaptics2010.org/

MicroNed mededelingen

Werkpakket-bijeenkomstenDe bijeenkomsten zijn besloten. Aanmelding via Mw. Lucienne Dado, telefoon (015) 278 4357, email L.A.J.Dado[email protected] of bij de desbetreffende werkpakketleider is verplicht in verband met geheimhouding.

1A…D MISAT bijeenkomst19 maart 2009, UtrechtInfo: [email protected]

2A Atomisation13 maart 2009, lokatie nog niet bekendInfo: [email protected]

2C Sensing & Diagnostics on a chip18 juni 2009, WageningenInfo: [email protected]

2H Emulsification23 maart 2009, WageningenInfo: [email protected]

3D Non-lithographic micro patterning tools8 mei 2009, lokatie nog niet bekendInfo: [email protected]

4AB Transport Phenomena & Multi Physics4 juni 2009, DelftInfo: [email protected]

4D Design & Optimisation1 april 2009, EnschedeInfo: [email protected]

Voortgangsrapportage MicroNed periode 2008

2 maart 2009 einddatum projectrapportages door de projectleiders.23 maart 2009 einddatum werkpakketrapportages door de WPleiders.1 mei 2009 indienen jaarrapportage 2008 bij SenterNovem.

Data MicroNed voorschotverzoek 2009

17 april 2009 einddatum eerste (voorlopige) versie.20 mei 2009 einddatum tweede (definitieve) versie.19 juni 2009 einddatum volledige rapportage aan SenterNovem.


door Richard van der Linde, Henne van Heeren en Fred van Keulen

AchtergrondHet reduceren van het gebruik van energie en grondstoffen is een mondiale noodzaak waarbij Nederland niet kan achterblijven. Micro Systeem Technologie (MST) zal binnen afzienbare tijd (010 jaar) een substantiële bijdrage leveren aan de totstandkoming van energie-zuinige en duurzame producten alsmede efficiëntere productie-processen. Dit zal gebeuren door zowel miniaturisering van (half) producten zoals sensoren, instrumenten en productiemachines als door het sneller en nauwkeuriger verschaffen van informatie over onder meer biologische/chemische processen waardoor tijdig kan worden ingegrepen en bijgestuurd. De wereldmarkt voor MST pro-ducten groeit sterk. Onder de meest succesvolle producten van de laatste jaren bevinden zich veel MSTproducten of producten met MST componenten erin (zoals versnellingssensoren in Ipods en auto’s, microscanners, inkjet printers, hard disc heads etc…). MST is bezig om duurzaam verankerd te raken in de industrie.Nederland heeft thans (nog) geen vooraanstaande MSTproducenten zoals Texas Instruments of HP. Wel kent Nederland grote bedrijven als Océ, ASML, Philips en Friesland Foods die in staat zijn MSTproducten te ontwikkelen dan wel toe te passen in haar producten. Ook kent Nederland een innovatieve (toeleverende) MKB industrie. De voor Nederland zo belangrijke voedsel en procesindustrie is zich ook goed bewust van de baten van het toepassen van MST-producten. MicroNed ziet haar toegevoegde waarde voor de komende jaren daarom in een verdere uitbouw van de publiek private samenwer-king voor een volgende generatie van MSTproducten voor Neder-land. De grootste impact hiervan wordt verwacht in de segmenten: voeding, gezondheidsmonitoring, procesindustrie, hightech systemen en ruimtevaart maar ook in opkomende segmenten als energie en milieu (waaronder waterbehandeling).MicroNed is een MST technologieprogramma met een uniek karakter: het is namelijk in staat gebleken om MKB, middelgrote en grote bedrijven aan zich te binden met Publiek Private Samenwer-king (PPS). Door nauwe samenwerking komt publiek ontwikkelde kennis succesvol terecht in gespecialiseerde industriesegmenten. MicroNed is een essentiële factor gebleken in het doorvoeren van MST als enabling technologie bij bedrijven. Het aantal partners en gebruikers van MicroNed steeg van 30 in 2005, tot halverwege de looptijd ruim 50 deelnemers.

ResultatenHet lopende MicroNed programma levert inmiddels concrete successen op, zoals onder meer procesverbeteringen bij Friesland Foods, microflowsensing producten bij Bronkhorst, en satelliettech-nologie met aardse spin off zoals: micro thrusters, vacuum sensoren en draadloze sensor communicatie. Deze successen werden mogelijk gemaakt door nauwe samenwerkingsverbanden tussen innovatieve MKB’s, grote bedrijven, kennisinstellingen en universiteiten. Som-mige van deze resultaten vinden direct hun weg naar de industrie, anderen hebben nog een vervolg funding nodig binnen industri-alisatie gerichte programma’s zoals in Point One, PID, DSTI, etc.

Resumerend blijkt MicroNed een waardevolle voedingsbodem voor MST innovatie, waarbij door intensieve samenwerking van publieke en private partijen de Nederlandse kennisparadox wordt verkleind.Om te bepalen waar MST in Nederland na 2010 naartoe moet is MicroNed in samenwerking met bureau Berenschot een visievor-mingsproces gestart. Hiertoe zijn interviews gehouden met opi-nieleiders uit aanpalende programma’s (CTMM, PHTS/Point One, Holst, F&ND, PI, NanoNed, ESA) en keystakeholders van MicroNed. Vervolgens hebben de industrie en de academia tijdens speciale bijeenkomsten hun input geleverd. Deze samenvatting geeft een verkorte uitkomst van dit proces weer in de vorm van een visie voor de MST in Nederland.

Vraagstelling Visie 2010+

Centraal bij de visievorming was de vraag: ‘Wat moet er gebeuren om innovaties vanuit MST te laten slagen?’. Scherp kiezen en de juiste instrumenten inzetten brengt het innoverende vermogen van de Nederlandse bedrijven omhoog. Vooral bij MKB en middelgrote bedrijven zit een enorm groeipotentieel. Deze bedrijven vinden vaak moeilijk aansluiting bij onderzoeksprogramma’s en kennispartijen. Het kiezen voor gefocusseerde thema’s, en een flexibele aanpak en een tijdschaal die past bij de dynamische wereld van de kleinere bedrijven wordt dan ook als oplossing gezien. Die flexibele aanpak is ook nodig omdat er van nature een onvoorspelbare kant zit aan onderzoek en innovaties. Er zijn successen waar ze niet worden verwacht en mislukkingen die men niet heeft zien aankomen. Bijstel-lingsmechanismen gedurende de looptijd van een PPS zijn daarom een vereiste. Alleen dan durft deze groep deelnemers risico’s te nemen en te (blijven) participeren in een PPS zoals MicroNed. Bij al het onderzoek en de ontwikkelingen zal er een scherp oog moeten worden gehouden op de toepassing en moeten het onder-werpen betreffen met een middellange commercialisatie ver-wachting. Om goed aansluiting te blijven houden met de relevante sectoren, zal moeten worden aangehaakt bij roadmaps die breed worden gedragen door de industrie. Roadmaps waar MST substan-tieel kan bijdragen aan de realisatie zijn onder andere: Proces Intensi-ficatie, Scheidingstechnologie, Food & Nutrition, European Space Agency, Eposs, Point One en Holst. Naast de middellange commerciële scope is ook de blik verder vooruit belangrijk. Zo is nanotechnologie mogelijk de MST van de toekomst en biedt grote kansen voor de Nederlandse economie. De MSTindustrie kan de toekomstige enabler van nanotechno-logie worden. Vandaag de dag speelt MST al een belangrijke rol als schakel tussen de macro en de nano wereld. Hoewel micro en nano wetenschappen thans nog gescheiden werelden zijn met een kleine maar hoopvolle overlap is het zaak om deze werelden nader op te lijnen. Het Nederlands Nano Initiatief (NNI) en het daaraan gekop-pelde NanoLab geven een waardevolle en duurzame kennisbasis aan de MSTcommunity. De micro en de nano gemeenschappen hebben echter een eigen agenda en belangen.

MicroNed Visie 2010+

Kleine producten voor suc cesvolle bedrijven


Kansen voor MST in NederlandOp de MicroNed Industriedag is een duidelijk beeld ontstaan van de concrete MSTbehoefte van de Nederlandse industrie voor de komende jaren. Vanuit zowel de microfluidische, als de hightech als de ruimtevaart gemeenschap is een helder toekomstbeeld geschetst.Microsystemen zullen een grote bijdrage gaan leveren aan het bereiden en scheiden van producten bij de bron, on demand en klantspecifiek. In het bijzonder in het voedselsegment waar nage-noeg alle producten een micro structuur hebben. Met MST zijn complexere eindproducten te maken, die beter toegerust zijn voor de verschillende eisen die in toenemende mate gesteld worden aan productie, transport, gebruik en afvalverwerking. Tevens kan MST de link zijn tussen processen op zeer kleine (nano) schaal en de (macro)wereld. Het zal daarom substantieel bij gaan dragen aan het ontwikkelen van nieuwe processen en productiemiddelen in de (fijn) chemische en voedingsmiddelen industrie. Met deze nieuwe processen zal energie worden bespaard en zullen processen beter afgestemd kunnen worden op de maat van de kleinste componenten en hun kwetsbaarheid. Micronozzles, microreactoren en membranen vormen hiervoor de technologische basis. Functionele vloeistoffen en poeders vormen de volgende generatie producten die hiermee mogelijk gemaakt wordt.Microsystemen kunnen ook bijdragen aan het aantonen van zeer kleine hoeveelheden materie in complexe omgevingen. Het medium is hier veelal een vloeistof of een gas. Hiermee kan grip gekregen worden op een divers scala van kritische processen. De procesindu-strie, de medische wereld en het milieu zijn hier bij gebaat. Om de bovenstaande toepassingen mogelijk te maken is ook pro-ductie van MST systemen nodig. De MSTagenda van de hightech industrie dient derhalve bij de visie betrokken te worden. Deze is van nature niet gericht op het omgaan met vloeistoffen en gassen, en al zeker niet met biologische media. Uitdagingen die men hier dan ook ziet zijn: elektrisch/fluidische verbindingen, autonome sensoren (harsh environments, energy scavenging/ conversie, communicatie), productie/assemblage (snelheid, nauwkeurigheid, procescontrole, procesontwikkeling) en low-cost integratie en packaging (compatibi-liteit tussen bestaande fabs, biocompatibiliteit, kostprijs). Een punt van aandacht is dat deze onderwerpen als bouwstenen ontworpen en vastgelegd dienen te worden. Dit maakt hergebruik voor verschil-lende applicaties mogelijk. De ruimtevaart gemeenschap heeft een Europees gedragen agenda en een roadmap voor de komende jaren. MST staat hier prominent op omdat het kleiner maken van apparatuur voor missies direct bijdraagt aan kostenreductie. Op de Industriedagen zijn de vol-gende specifieke MSTonderwerpen als belangrijk benoemd: micro propulsion/actuation (oa. nozzles, thrusters), autonome sensoriek, draadloze communicatie, en energiehuishouding. Ook generieke onderwerpen als MSTarchitecturen, interfaces, harsh environments en testen/demonstratie zijn onderwerpen bij uitstek waar ruimte-vaart bijdraagt aan de algehele MST community. Een toekomstig MSTprogramma zal zich aldus in de toepassing moeten gaan richten op microfluidische en sensor producten met een ruime aandacht voor fundamentele industrialisatie onder-werpen als: opschaling, massieve parallellisatie, maakbaarheid,

time-to-market, first-time-right, robuustheid en betrouwbaarheid. Deze expertise is thans aanwezig in MicroNed maar verdeeld over verschillende bloedgroepen. Het bijeenbrengen van de juiste exper-tise in ieder van de boven gedefinieerde thema’s geeft een compleet en multidisciplinair palet aan expertise per thema.

Organisatie in vijf thema’sDe industriële vragen zijn gegroepeerd en ondergebracht in de onderstaande vijf thema’s waarop industrie en academie elkaar treffen en welke aansluiten bij de huidige sterktes van MicroNed. Lab on a chip; Dit betreft de brede verzameling meetinstrumenten die in staat is om kleine hoeveelheden materiaal aan te tonen of in staat is om fysische parameters van een kleine hoeveelheid vloei-stof of gas te bepalen ten behoeve van veiligheid, gezondheid en efficiëntie.Produceren met microreactoren; Dit betreft het efficiënter uit-voeren van chemische reacties en processen in de producerende industrie.Processing met microfiltratie; Dit betreft het energie zuiniger en materiaal vriendelijker scheiden of raffineren van vloeistoffen ten behoeve van de producerende industrie.Micronozzles; Dit betreft het slimmer genereren van gassen, vloeistoffen en emulsies voor een breed palet van applicaties zoals: printen, thrusters, of sproeidrogen.Autonome sensorsystemen; Dit betreft geïntegreerde systemen die in staat zijn om te communiceren, onderhoudsvrij te zijn en in staat zijn zichzelf te regelen in een ‘harsh environment’.

Tot slot dient een toekomstig Nederlands MSTprogramma zich te richten op het bevorderen van samenwerking over de gehele keten, waarbij ontwikkelactiviteiten dienen uitgevoerd te worden in mul-tidisciplinaire teams, en waarbij industrie en wetenschap beiden op basis van gelijkwaardigheid participeren. Het stationeren van AIO’s bij bedrijven of het stationeren van onderzoekers uit het bedrijfs-leven op de universiteiten, kan bijdragen aan de efficiëntie van het innovatieproces en de kennistransfer, evenals tussentijdse tenders om succesrijke activiteiten in bijvoorbeeld spinoff bedrijvigheid te versterken.<

In de laatste maanden van 2008 en begin 2009 is gezamelijk door MicroNed, Nederlands Nano Initiatief en Holst een FESaanvraag geformuleerd binnen het HTSMthema 2009, die 2 maart 2009 is overhandigd aan SenterNovem.Visie 2010+ is de basis geweest voor de MicroNed-inbreng van de aanvraag.

MicroNed Visie 2010+

Kleine producten voor suc cesvolle bedrijven


Publicaties in wetenschappelijke tijdschriften tot 2008 (subset)

Remarks on Analysis, Design and Amplitude Stability of MOS Colpitts OscillatorFilanovsky I. M., Verhoeven C. J. M., Reja M.IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol.54/9 (2007) / MicroNedproject 1A3

Laser interference as a lithographic nanopatterning toolRijn, Cees J. M. vanMicrolith., Microfab., Microsyst vol. 5, 011012 (2006) / MicroNedproject 2A14

Shear pulses nucleate fibril aggregationAkkermans, C., Venema, P., Rogers, S.S., Goot, A.J. Van der, Boom, R.M. and Linden, E. van derFood Biophysics, vol. 1 (2006) / MicroNedproject 2B1

Self-assembling protein arrays on DNA chips by auto-labeling fusion proteins with a single DNA addressJongsma, M.A., Litjens, R.H.G.M.Proteomics, vol. 6 (2006) / MicroNedproject 2C3

Transient behavior of magnetic micro-bead chains rotating in a fluid by external fieldsPetousis, I., Homburg, E., Dietzel, A.Lab on a Chip, vol. 7 (2007), pp.1746–1751 / MicroNedproject 2C5

Electroosmotic flow analysis of a branched U-turn nanofluidic deviceParikesit, G.O.F., Markesteijn, A.P., Kutchoukov, V.G., Piciu, O., Bossche, A., Westerweel, J., Garini, Y.,Young, I.T.Lab on a Chip, vol. 5 /10 (2005) / MicroNedproject 2F1

Absolute fluorescence calibration 1Young, I.T., Garini, Y., Vermolen, B.J., Liqui Lung, G.F., Brouwer, G., Hendrichs, S., Spoelstra, J., Wilhelm, E., Zaal, M., Morabit, M. el European Journal of Medical Genetics,. vol. 48(4) (2005), pp.533533. / MicroNedproject 2F1 Fabrication of nanofluidic devices in glass with polysilicon electrodesKutchoukov, V.G., Pakula, L., Parikesit, G.O.F., Garini, Y., Nanver, L.K., Bossche, A.Sensors and Actuators A, Physical, vol. 123124 (2005) pp.602–607 / MicroNedproject 2F1

From micro to nano: recent advances in high-resolution microscopyGarini,Y., Vermolen, B.J. and Young, I.T.Current Opinion in Biotechnology, vol. 16/1 (2005) / MicroNedproject 2F1

Stereoscopic Micro Particle Image VelocimetryLindken, R., Westerweel, J., Wieneke, BExperiments in Fluids, vol. 41/2 (2006) pp.161171 / MicroNedproject 2F3

Covalent Biofunctionalization of Silicon Nitride SurfacesArafat, A., Giesbers, M., Rosso, M., Sudholter, E., Schroën, K., White, R., Yang, L., Linford, M., Zuilhof, H.Langmuir, vol. 23 (2007)/ MicroNedproject 2C2 en 2H2

Dynamic output feedback control of quasi-LPV mechanical systemsPolat, I., Eskinat, E., Kose, I.E.IET Control Theory Appl., vol. 1(4) (2007) pp.1114–1121 / MicroNedproject 3B4

Comparing flat and micro-patterned surfaces: gas permeation and tensile stress measurementsPeters, Alisia M., Lammertink, Rob G.H., Wessling, MatthiasJournal of Membrane Science, vol.320/12 (2008) / MicroNedproject 3C2

High performance micro-engineered hollow fiber membranes by smart spinneret designNijdam, W., Jong, J. de, Rijn, C.J.M. van, Visser, T., Versteeg L., Kapantaidakis, G., Koops, G.H., Wessling, M.Journal of Membrane Science, vol. 256 (2005) / MicroNedproject 3C6

Polar Domains in Lead Titanate Films under Tensile StrainCatalan, G., Janssens, A., Rispens, G., Csiszar, S., Seeck, O., Rijnders, G., Blank, D.H.A., Noheda, B.Physical Review Letters, vol. 96 (2006) / MicroNedproject 3D4

A driven two-dimensional granular gas with Coulomb frictionHerbst, O., Cafiero, R., Zippelius, A., Herrmann, H. J., Luding, S.Physics of Fluids, Volume 17/10 (2005) pp. 10710210710216 / MicroNedproject 4A2

Energy nonequipartition, rheology, and microstructure in sheared bidisperse granular mixturesAlam, M., Luding, S.Phys. Fluids 17, 063303 (2005) / MicroNedproject 4A2

Jamming transition in granular systemsMajmudar, T. S., Sperl, M., Luding, S. et al.Physical Review Letters, vol 98/5 (2007), art.nr 058001 / MicroNedproject 4A2

MicroNed impact


Rheology of 2D and 3D granular mixtures under uniform shear flow: Enskog kinetic theory versus molecular dynamics simulationsMontanero, J. M., Garzo, V., Alam, M., Luding, S.Granular Matter, vol. 8/2 (2006) / MicroNedproject 4A2

Structure and cluster formation in granular mediaLuding, S.,Pramana journal of physics, vol. 64/6 (2005) / MicroNedproject 4A2

Transport coefficients for dense hard-disk systemsGarciaRojo, R., Luding, S., Javier Brey, J.Phys. Rev. E, vol. 74/6 061305 (2006) / MicroNedproject 4A2

Ultrafine Cohesive Powders: From Interparticle Contacts to Continuum BehaviourTykhoniuk, R., Tomas, J., Luding, S., Kappl, M., Heim, L., Butt, H.J.Chemical Engineering Science, vol. 62/11 (2007) / MicroNedproject 4A2

Coupled Electro-Mechanics Simulation Methodology of the Dynamic Pull-in in Micro-SystemsRochus, V., Rixen, D.J., Golinval, J.C.Sensors Letter, vol. 4/2 (2005) pp.359 365 / MicroNedproject 4A4

Electrostatic coupling of MEMS structures: transient simulations and dynamic pull-inRochus, V., Rixen, D.J., Golinval, J.C.Nonlinear Analysis, vol. 63/57 (2005) pp.1619e1633 / MicroNedproject 4A4

Monolithic modelling of electro-mechanical coupling in micro-structuresRochus, V., Rixen, D.J., Golinval, J.C.Int. Jnl. Num. Meth. in Eng, vol. 65 /4 (2005) pp. 461493 / MicroNedproject 4A4

Iterative solution of the random eigenvalue problem with application to spectral stochastic finite element systemsVerhoosel, C.V., Gutiérrez, M.A., Hulshoff, S.J.Int.Journal for Numerical Methods in Engineering, vol 68/4 (2006) pp. 401 – 424 / MicroNedproject 4A5

Analytical solution of the density profile for a gas close to a solid wallAkker, E.A.T. van den, Frijns, A.J.H., Nedea, S.V., Steenhoven, A.A. vanJournal of Computational Physics, vol. 68/4 (2006), pp. 401 - 424 / MicroNedproject 4A6

Modeling of Shape Memory Alloy Shells for Design OptimizationLangelaar, M. and Van Keulen, FComputers & Structures, vol. 86/9 (2008) pp.955-963 / MicroNedproject 4D3

Sensitivity Analysis of Shape Memory Alloy ShellsLangelaar, M. and Van Keulen, FComputers & Structures, vol.86/9 (2008) pp.964-976 / MicroNedproject 4D3

An augmented Lagrangian decomposition method for quasi-separable problems in MDOTosserams, S., Etman, L.F.P., Rooda, J.E.Structural and Multidisciplinary Optimization, vol. 34(3) (2007) pp. 211-227 / MicroNed-project 4D5

An augmented Lagrangian relaxation for Analytical Target Cascading using the alternating direction method of multipliersTosserams, S., Etman, L.F.P., Papalambros, P.Y., Rooda, J.E.Structural and Multidisciplinary Optimization, vol. 31(3) (2007) pp. 176-189 / MicroNed-project 4D5

Block-separable linking constraints in augmented Lagrangian coordinationTosserams, S., Etman, L.F.P., Rooda, J.E.Journal for Structural and Multidisciplinary Optimization, vol. 27/5, (2009) / MicroNedproject 4D5

Bijdrage aan wetenschappelijke boeken

Encyclopedia of Nanoscience and NanotechnologyHoofdstuk Nano Membranes, vol 7, pp 4782Rijn, C.J.M. van & Nijdam W.ISBN 1588830632 American Scientific Publishers

Food material Science; Principles and PracticeJ.M. Aguilera, P.J. Lillford (eds).Hoofdstuk 15 Emulsions: Principles and PreparationBoom, R.M. / MicroNedproject 2HISBN 9780387719467 Springer (2008)

MicroAssembly Technologies and Applicationsby Svetan Ratchev (Editor), Sandra Koelemeijer (Editor)Hoofdtsuk: Impact Force Reduction for Micro-Assembly, pags. 325-332Plak, R., Görtzen, R., Puik, E.ISSN 15715736 Volume 260/2008 / Springer Boston / MicroNedproject 3B

MicroAssembly Technologies and Applicationsby Svetan Ratchev (Editor), Sandra Koelemeijer (Editor)Hoofdtsuk: Statically Determined Gripper Construction , pags. 251256Plak, R., Görtzen, R., Puik, E.ISSN 15715736 Volume 260/2008 / Springer Boston / MicroNedproject 3B


Patentaanvragen:

US.patent 06075693.09 / per datum 24 maart 2006Light sensor / MicroNed project 1A2Leijtens, J. en Hopman, J.

US.patent 06075693.10 / per datum 24 maart 2006Light sensor / MicroNed project 1A2 Leijtens, J. en Hopman, J.

PCT Int. Appl. (2005), CODEN: PIXXD2 WO 2005123273 A1 20051229 AN 2005:1350070 CAPLUSTailormade functionalized silicon and/or germanium surfaces / MicroNed project 1C2Zuilhof, J.T., Schroën, C.G. P. H.; Khamis, A.A.M.

Nieuwe actieve partners:(per amendement 4)

NXP (actief in WP2C)Dr.ir. F.P. [email protected]

ISIS (actief in WP1C)Ir. A.R. [email protected]

Cosine Research (actief in Auxilliary project)Ir. E. [email protected]

NLR (actief in Auxilliary project)Ir. BJ. [email protected]

TWMS (actief in WP3C)Dr. T.W.N. [email protected]

Benoemingen binnen de MicroNed community:

Ir. Wybren Jouwsma, Ontving een eredoctoraat aan de TU Delft tijdens de Diësviering op 9 januari 2009.Met zijn benoeming eert de TU Delft Wybren Jouwstra, directeur en mede-oprichter van het succesvolle en innovatieve bedrijf Bronkhorst High-Tech, voor zijn bijdragen aan innovaties in de ingenieurswetenschappen, met name in industriële context.

Prof. Dr.ir. Jacqueline M.A. ScherpenBenoeming 1 september 2006, Rijksuniversiteit GroningenLeerstoel: Discrete Technology and Production AutomationIntreerede: 26 februari 2008Titel: Regelen met balans

Prof. Dr. Cees J.M. van Rijn (bijzonder)Benoeming tot bijzonder hoogleraar, 1 april 2006, Wageningen UniversiteitLeerstoel: microsysteem en nanotechnologietoepassingen voor agro, food en gezondheidIntreerede: 8 november 2007Titel: Nanotechnologie en het Beloofde Land

Prof. Dr. Eberhard GillBenoeming: 1 januari 2007, TU DelftLeerstoel: System Integration Design and Analysis of Space SystemsIntreerede: 17 september 2008Titel: Together in Space: potentials and challenges of distributed space systems

Prof. Dr. Han Zuilhof (persoonlijk)Benoeming tot persoonlijk hoogleraar, 2 april 2007, Wageningen Universiteit Leerstoel: Organische chemieIntreerede: 10 april 2008Titel: Alles is altijd ingewikkelder: het leven, het heelal en de organische chemie

Prof. Dr. Urs StauferBenoeming 15 oktober 2007, TU DelftLeerstoel: Micro and Nano EngineeringIntreerede: 13 november 2009Titel: (nog niet bekend)

Prof. Dr. Rer. Nat. Stefan Luding Benoeming 1 januari 2008, Universiteit TwenteLeerstoel: Multiscale mechanicsIntreerede:15 mei 2008Titel: Particles, contacts and cooperative structures

MicroNed impact


Estafette-column

Ruige tijden momenteel. De economie draait moei-zaam, mensen raken hun baan kwijt, en de overheid heeft grote problemen met de begroting voor komend jaar.Mooie tijden momenteel. Het percentage duurzaam opgewekte energie in Nederland neemt toe. De detec-tielimieten voor te detecteren ziekteverwekkers gaan omlaag. Medische diagnostiek wordt sneller en accu-rater, en de samenstelling van emulsies wordt steeds beter te controleren.Het is in dit spanningsveld dat innovatief Nederland momenteel moet opereren. Het lijkt een mijnenveld van threats and weaknesses, maar tegelijkertijd staat het veld nu, begin maart, al helemaal in bloei en vol opportunities and strengths. Precies dìt is de plek waar MicroNed opereert, waar innovatief onderzoek voet aan wal zet. Voor innovatie zijn een paar dingen van groot belang: de drive, die voortkomt uit de noodzaak van verbete-ringen; de rust, die onderzoekers de kans geeft om te zoeken voordat ze vinden; en het vertrouwen dat dat soms tergend langzame proces het meest kansrijk is om tot verdere verbeteringen te komen. Juist wanneer de waan en realiteit van alledag grote schommelingen vertoont, is het zaak te blijven werken aan de zaken die een lange adem vereisen.Tussenresultaten zijn daarbij dan zeer motiverend. Tijdens de afgelopen MicroNanoConference (november 2008, Ede) toonden tal van universitaire en industriële onderzoekers hun data. AIO’s stonden volenthousiast uit te leggen wat de grote significantie was van dat ene punt bovenin een grafiek. De AIO’s van 10, 20 jaar terug stonden nu namens bedrijven uit te leggen wat de innovatie was die ten grondslag lag aan hun laatste product. Als MicroNed met één ding gekarakteriseerd kan worden, dan is het wel met dit samenbrengen van enthousiasme en ervaring, en met de mogelijkheid om fouten te maken èn daarvan te leren.In mijn eigen lab zie ik daarvan de vruchten groeien. De samenwerking met bedrijven als Philips en NXP zorgt voor banden tussen moleculaire biologen, elektrotech-nici en onze oppervlaktechemie. Die samenwerking is voor een significant deel gestuurd vanuit die bedrijven en hun behoeften. Die behoefte naar een product (en ultimo winst) zijn heel begrijpelijk, al doen ze mij als universitair onderzoeker weinig. Maar de wetenschap

die hieruit is voortgekomen, is cool. Wanneer ik mijn gevoel in de woorden van mijn kinderen zou moeten vertalen: vet gaaf! We modificeren oppervlakken met laagjes van precies één molecuul dik. Daaraan koppelen we complexe biomoleculen en kijken in detail of, en zo ja, hoe die er op zitten. Tot slot bestuderen we de biologische interacties die dat oplevert. We proberen uit te zoeken hoe dat oppervlak moet worden voor-behandeld om het goed reproduceerbaar te krijgen, we proberen te kijken naar de stabiliteit, vervolgreac-ties, de wijze waarop die moleculen vastgepakt zitten op het oppervlak… Met andere woorden: we kijken naar alles waar een organisch chemicus die zich met oppervlakken bezig houdt, enthousiast van wordt. De bedrijven kijken over onze schouder mee, en delen – los van bedrijfsbelangen – het enthousiasme voor de kleine stapjes vooruit die we steeds opnieuw zetten. Het is daarmee een echte winwin opzet, die we hopelijk in het FES programma HighTech Systems & Materials zullen kunnen voortzetten.Speciaal uitdagend daarbij is de integratie. Sommige aspecten van deze innovatieve wetenschap zitten op de millimeterschaal, andere op micrometerschaal en weer andere op (fracties van) de nanometerschaal. Afhanke-lijk van de focus is dit bionanotechnologie, oppervlak-techemie, moleculaire diagnostiek, of microfluïdica, of misschien omvat het wel al die gebieden. En alleen al in de integratie van componenten, die op zichzelf weinig zouden kunnen, zit de kracht en de uiteindelijke omvang: MicroNed is micro èn mega tegelijk!

Mega-micro

Han ZuilhofHoogleraar organische chemieWageningen Universiteit

Zuilhof geeft het estafettestokje door aan Henk Stapert van Philips

MegazineMicroMicro Megazine – 2009 no132

MicroNed is een publiekprivate verband waarin tien kennisinstituten, 28 actief deelnemende bedrijven (partners) en zo’n 25 betrokken bedrijven (gebruikers) samenwerken aan zowel het verwezenlijken van nieuwe MSTtoepassingen, als aan het opzetten van een duurzame kennisinfrastructuur op het gebied van microsysteemtechnologie.MicroNed is een van de 37 BSIKconsortia die zijn opgezet voor het versterken van economische kennisinfrastructuur en die deels worden gefinancierd uit de Nederlandse

aardgasbaten. Het totale budget van MicroNed bestaat uit € 58 miljoen. Daarvan is € 30 miljoen ingebracht door de partners, de overheid heeft € 28 miljoen toegezegd.

MicroNed staat namens de overheid onder supervisie van drs. J.R.G. Bakker (voorzitter, Min. van Econ. Zaken), drs. J.N. Mout (Min. van Onderwijs, Cultuur & Wetenschap) en mr. P.M.A. Vetter (Min. van Landbouw, Natuur & Voedselkwaliteit).

Raad van Toezicht (deelnemende organisaties & bedrijven, Vz. Prof.ir. O.H. Bosgra)

Management Team (7 leden, Vz. Prof.dr.ir. A. van Keulen) Bureau

Cluster-leider MISATProf.dr. E.K.A. Gill

1A Satellite bus Dr.ir. C.J.M. VerhoevenTechnische Universiteit Delft Fac. EWI / ELCAPostbus 50312600 GA DelftTel. (015) 278 6482E-mail [email protected]

1B Payload systemDr.ir. B. MonnaSystematIC design BVMotorenweg 5G2623 CR DelftTel. (015) 251 1100E-mail [email protected]

1C Spacecraft architectureIr. A.R. BonnemaInnovative Solutions in Space (ISIS)Rotterdamseweg 3802629 HG DelftTel. (015) 256 9018E-mail [email protected]

1D Formation flying systemsProf.dr.ir. J.M.A. ScherpenRijksuniversiteit GroningenFac. Wiskunde en NatuurwetenschappenInstituut Technologie en ManagementNijenborgh 49747 AG GroningenTel. (050) 363 8791E-mail [email protected]

Cluster-leider SMACTProf. dr. C.J.M. van Rijn

2A Atomisation Dr. A.M. Versluis Universiteit TwenteFac. TNW / VloeistoffysicaPostbus 217 7500 AE Enschede Tel. (053) 489 6824 e-mail [email protected]

2B Micro-engineering of supramolecular assemblies Prof.dr. E. van der LindenWageningen Universiteit Agrotechnologie & Voedingswetenschappen / Food Physics Group Postbus 8129 6700 EV Wageningen Tel. (0317) 485 417 e-mail [email protected]

2C Sensing & Diagnostics on a chip Dr.ir. M.A. Jongsma Wageningen Universiteit Plant Research International Postbus 16 6700 AA Wageningen Tel. (0317) 480 932 E-mail [email protected]

2D Dynamic micro-fractionationProf.dr. P.M. Sarro Technische Universiteit Delft Fac. EWI / ECTM Postbus 5053 2600 GB Delft Tel. (015) 278 7708 e-mail [email protected]

2E Micro coriolis flow controllerIr. R. ZwikkerDemcon BVZutphenstraat 25 7575 EJ Oldenzaal Tel. (0541) 570 720 e-mail [email protected]

2F Fluorescence on a chipProf.dr.ir. J. WesterweelTechnische Universiteit Delft Fac. 3ME / VloeistofmechanicaMekelweg 2 2628 CD Delft Tel. (015) 278 6887 e-mail [email protected]

2G Smart micro reactors Prof.dr.ir. J.C. Schouten Technische Universiteit Eindhoven Fac. Chemische Technologie / Chemische reactortechnologie Postbus 513 5600 MB Eindhoven Tel. (040) 247 3088 e-mail [email protected]

2H EmulsificationProf.dr.ir. R.M. Boom Wageningen Universiteit Agrotechnologie en Voedingswetenschappen / Sectie ProceskundePostbus 8129 6700 EV Wageningen Tel. (0317) 482 230 E-mail [email protected]

Cluster-leider MUFACDr.ir. H.H. Langen

3A 3d-MicrostructuringDr.ir. H.H. Langen Technische Universiteit DelftFac. 3ME / PMEDesign Mekelweg 22628 CD DelftTel. (015) 278 1887Email [email protected]

3B Micro assemblyDr.ir. M. Tichem Technische Universiteit DelftFac. 3ME / PME Mekelweg 22600 AA DelftTel. (015) 278 1603 E-mail [email protected]

3C Phase separation microfabrication Dr.ir. R.G.H. Lammertink Universiteit TwenteFac. TNW / MembraantechnologiePostbus 217 7500 AE Enschede Tel. (053)489 2063 E-mail [email protected]

3D Non-lithographic micro patterning toolsDr. E.S. KooijUniversiteit TwenteFac. TNW / MESA+Postbus 2177500 AE EnschedeTel. (053) 489 3146Email [email protected]

Cluster-leider FUNMODProf.dr. D.J. Rixen

4A/B Transport phenomena & multi physicsProf.dr. D.J. Rixen Technische Universiteit Delft Fac. 3ME / PMEMekelweg 2 2628 CD Delft Tel. (015) 278 1523 Email [email protected]

4C MicromechanicsProf.dr.ir. M.G.D. GeersTechnische Universiteit EindhovenFac.Werktuigbouwkunde, MoM, WH 4.135Postbus 5135600 MB EindhovenTel.(040) 247 5076E-mail [email protected]

4D Design & OptimisationProf.dr.ir. A. van KeulenTechnische Universiteit DelftFac. 3mE / PMEMekelweg 22628 CD DelftTel. (015) 278 6515E-mail [email protected]

MicroNed Bureau:

Communicatie Philip Broos ([email protected])Financiën Jan van der Lek ([email protected])Management assistent Lucienne Dado (l.a.j.dado[email protected])Programma management Richard van der Linde ([email protected]) Programmabegeleiding Henne van Heeren ([email protected])Voortgangscontrole Tjeerd Rijpma ([email protected])Website & data Satish Rangoe

Bezoek- en postadres:Mekelweg 22628 CD Delft Tel. (015) 278 4357 www.microned.nl


Interview

Subsidies

Personalia


Wetenschappelijke hebbedingetjes

nieuwsartikel contact

agenda/symposia/beurzen

Wetenschappelijke hebbedingetjes Wetenschappelijke hebbedingetjes

MicroNed OutputMicroNed Output

MicroNed nieuws

patenten

Publicaties

MicroNed nieuws

agenda/symposia/beurzen

MicroMegazine

Documents

Transcript of MicroMegazine