Elektroaktive Aktuatoren auf Basis von Kompositmaterialien – Aktu Komp Teilprojekt: Gerichtete elektroaktive Nanohybride

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Elektroaktive Aktuatoren auf Basis von Kompositmaterialien – Aktu Komp Teilprojekt: Gerichtete elektroaktive Nanohybride
Projektleitung Marion Wienecke , Prof. Dr. rer. nat. habil.
Kürzel
Projektbeginn 01. September 2009
Projektabschluss 31. Dezember 2011
Projektpartner
Projektbeteiligte Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik ,
Projektmittel 318000 €
Mittelgeber BMBF-Projekt (WING)
Fakultät(en) Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Forschungsschwerpunkte(e) Neue Materialien
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Inhalt

Nanostrukturen und Anordnungen daraus weisen Eigenschaften auf, die sie zu viel versprechenden Materialien für elektrochemische Aktuatoren machen. Die Herausforderung besteht gegenwärtig darin, diese Eigenschaften auf makroskopische Strukturen zu übertragen, mit denen Carbon Nanotube Aktuatoren für Anwendungen z. B. in der minimal invasiven Medizin, der Optoelektronik und Adaptronik verwirklicht werden können.

Für eine Vielzahl zukunftsträchtiger Technologien sind kompakte, leistungsfähige, zuverlässige und energiesparende Aktuatoren von großer Bedeutung. Beispiele hierfür sind Feinstpositionierung, Stellantriebe und Aktuatoren für die Gestaltkontrolle z.B. in der Adaptronik. Insbesondere bei diesen Anwendungen ist die Integration in Leichtbaustrukturen unumgänglich. Das leistungsbezogene Gewicht sollte also so gering wie möglich sein. In allen Anwendungen sollen die Aktuatoren aber vor allem größere aktive Dehnungen als die derzeitige piezokeramische Standardlösungen (PZT: ε=0,1%) bei hoher Steifigkeit, liefern. Diesen Anforderungen versprechen Carbon-Nanotubes (CNTs) basierte Aktuatoren (CNA) gerecht zu werden. Bei diesen wurden freie Dehnungen von 1% gezeigt und der E-Modul einzelner Röhrchen zwischen 600 GPa und 1 TPa bestimmt. Damit ergibt sich ein großes Potential für die Entwicklung solcher Aktuatoren. Darüber hinaus weisen sie extrem niedrige Anregungsspannungen (wenige Volt) und eine geringere Dichte auf, was auch ein großer Vorteil gegenüber den heute verwendeten piezokeramischen Aktuatoren mit teilweise mehreren hundert oder tausend Volt ist, woraus sich das große Interesse des Industriebeirates an dieser Technologie begründet hat.

Das Ziel des Projektes bestand darin, einen Aufbau aus Nanostruktur-basierten Aktuatoren (CNA) zu erforschen, der mindestens 0,5% Dehnung erreicht und damit im Vergleich zum Stand der Technik eine deutliche Verbesserung darstellt. Es soll die Fertigungstechnologie erarbeitet werden, um die notwendigen CNT / Polymer Verbunde mit entsprechend hohen Steifigkeiten und geringen Anregungsspannungen herzustellen.

In unserem Teilprojekt "Gerichtete elektroaktive Nanohybride" wurden folgende drei Arbeitsschwerpunkte bearbeitet:

Erforschung des Wachstums von gerichteten Nanostrukturen in definierten Winkeln zu Substraten aus Silizium. Ziel ist die reproduzierte Herstellung derartiger Strukturen mit definierter Morphologie

Immobilisierung der Strukturen durch Sputtern oder Polymerisation im Plasma (PTFE, PMMA, Polystyren) unmittelbar nach dem Wachsen der CNT-Strukturen. Alternativ war die Herstellung von Hybriden mittels Spin- oder Dipcoating vorgesehen

Untersuchung der CNT-Elektrolyt-Hybride hinsichtlich Morphologie, mechanischen Eigenschaften und Ionenleitfähigkeit sowie Beiträge zum Verständnis des Ladungsträgertransfers