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Optimierung von Elastomeren mit Hilfe von Nanopartikeln für die Anwendung in dielektrischen Polymeraktoren

Lechner, Pia (2007):
Optimierung von Elastomeren mit Hilfe von Nanopartikeln für die Anwendung in dielektrischen Polymeraktoren.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von siliziumbasierten Elastomeren für die Anwendung in Polymeraktoren, in welchen nanoskalige, hochpermittive Partikel integriert werden.

Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Herstellung von Kompositproben mit kompoundierten Partikeln unterschiedlicher Füllgrade und deren messtechnischer Charakterisierung.

Der Vergleich der Integrationsmaterialen und die Optimierung für den Einsatz in dielektrischen Polymeraktoren bilden einen Schwerpunkt.

Ein Modell zur Berechnung der Permittivitäten und zur Bestimmung der Partikelanordnung im Komposit wird aufgeführt.

Das zu optimierende Material ist das bereits zur Herstellung von Polymeraktoren verwendete Elastomer Elastosil P7670 A/B, ein additiv vernetzendes Zweikomponenten Silikon mit einer Eigenpermittivität von εr = 3,0. Ausgewählt für die Integration sind die beiden Oxidkeramiken Aluminiumoxid und Titandioxid, mit den relativen Permittivitäten von εr = 10 bzw. εr = 100. Das dritte untersuchte Material, Bariumtitanat gehört zur Gruppe der Perowskite. Das Material besitzt eine Eigenpermittivität von etwa εr = 1000.

Die Integration nanoskaliger Partikel bewirkt eine Permittivitätssteigerung um mehr als 36 % bei noch schleuderprozessierbaren Gemischen mit BaTiO3.

Das Absinken der maximalen Durchbruchfeldstärke Emax durch die darin enthaltenen Partikel muss für die Tauglichkeit in Polymeraktoren berücksichtigt werden. Ein Zusammenhang zwischen Schwankungen der Durchbruchfeldstärke und der auftretenden Agglomerationen ist nicht feststellbar.

Proben mit BaTiO3-Partikeln zeigen, entgegen der Mischungsgesetze, eine Verringerung des Elastizitätsmoduls. Mögliche Gründe für dieses Auftreten bilden eine Diskussionsgrundlage. Die beiden Oxidkeramiken zeigen diesen Effekt nicht, der Elastizitätsmodul verhält sich nahezu konstant.

Zur Optimierung des Materials tragen sowohl der maximale elektrostatische Druck p0, abhängig von Permittivität εr und Durchbruchfeldstärke E, als auch die zu erreichende Dehnung in Abhängigkeit vom erzielten E-Modul bei.

Durch die integrierten Nanopartikel ist zwar keine Steigerung des maximalen elektrostatischen Drucks möglich, jedoch lässt sich die Betriebsspannung der Aktoren bei konstantem Druck p0 um 16 % reduzieren.

Hinsichtlich der maximalen Auslenkung des Materials, lässt sich mit BaTiO3 eine Steigerung um bis zu 96 % im Vergleich zu reinem Silikon feststellen.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2007
Creators: Lechner, Pia
Title: Optimierung von Elastomeren mit Hilfe von Nanopartikeln für die Anwendung in dielektrischen Polymeraktoren
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von siliziumbasierten Elastomeren für die Anwendung in Polymeraktoren, in welchen nanoskalige, hochpermittive Partikel integriert werden.

Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Herstellung von Kompositproben mit kompoundierten Partikeln unterschiedlicher Füllgrade und deren messtechnischer Charakterisierung.

Der Vergleich der Integrationsmaterialen und die Optimierung für den Einsatz in dielektrischen Polymeraktoren bilden einen Schwerpunkt.

Ein Modell zur Berechnung der Permittivitäten und zur Bestimmung der Partikelanordnung im Komposit wird aufgeführt.

Das zu optimierende Material ist das bereits zur Herstellung von Polymeraktoren verwendete Elastomer Elastosil P7670 A/B, ein additiv vernetzendes Zweikomponenten Silikon mit einer Eigenpermittivität von εr = 3,0. Ausgewählt für die Integration sind die beiden Oxidkeramiken Aluminiumoxid und Titandioxid, mit den relativen Permittivitäten von εr = 10 bzw. εr = 100. Das dritte untersuchte Material, Bariumtitanat gehört zur Gruppe der Perowskite. Das Material besitzt eine Eigenpermittivität von etwa εr = 1000.

Die Integration nanoskaliger Partikel bewirkt eine Permittivitätssteigerung um mehr als 36 % bei noch schleuderprozessierbaren Gemischen mit BaTiO3.

Das Absinken der maximalen Durchbruchfeldstärke Emax durch die darin enthaltenen Partikel muss für die Tauglichkeit in Polymeraktoren berücksichtigt werden. Ein Zusammenhang zwischen Schwankungen der Durchbruchfeldstärke und der auftretenden Agglomerationen ist nicht feststellbar.

Proben mit BaTiO3-Partikeln zeigen, entgegen der Mischungsgesetze, eine Verringerung des Elastizitätsmoduls. Mögliche Gründe für dieses Auftreten bilden eine Diskussionsgrundlage. Die beiden Oxidkeramiken zeigen diesen Effekt nicht, der Elastizitätsmodul verhält sich nahezu konstant.

Zur Optimierung des Materials tragen sowohl der maximale elektrostatische Druck p0, abhängig von Permittivität εr und Durchbruchfeldstärke E, als auch die zu erreichende Dehnung in Abhängigkeit vom erzielten E-Modul bei.

Durch die integrierten Nanopartikel ist zwar keine Steigerung des maximalen elektrostatischen Drucks möglich, jedoch lässt sich die Betriebsspannung der Aktoren bei konstantem Druck p0 um 16 % reduzieren.

Hinsichtlich der maximalen Auslenkung des Materials, lässt sich mit BaTiO3 eine Steigerung um bis zu 96 % im Vergleich zu reinem Silikon feststellen.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Dielektrikum elastisch, Durchbruchfeldstärke, Herstellungsparameter Polymer-Stapelaktor, Nanopartikel, Permittivität
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 06 Sep 2011 15:40
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1653

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 14-05-2007

Ende Datum: 20-11-2007

Querverweis: 17/24 EMKS 1652

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1653
Referees: Lotz, Dipl.-Ing. Peter and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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