Funktionelle Polymere für Mechanosensoren und Mechanoaktoren
Ein wichtiges Arbeitsgebiet in der Abteilung Physik ist die Erforschung von funktionellen Polymeren für Mechanosensoren und Mechanoaktoren. Gemeinsam mit Partnern an der TU Darmstadt und in der Industrie wird an der Entwicklung von porösen oder gummielastischen Polymeren zur optimalen Ausnutzung des Piezoeffekts bzw. der Elektrostriktion gearbeitet. Der Piezoeffekt kann sowohl für Aktoren als auch für Sensoren eingesetzt werden. Der typische Frequenzbereich umfasst den statischen Grenzfall bis zu Frequenzen im akustischen Bereich. Allerdings sind die durch den Piezoeffekt realisierbaren Dehnungen mit etwa 0.1 % nur relativ gering. Für Anwendungen, welche höhere Dehnungen erfordern, stehen elektrostiktive Elastomere zur Verfügung. Diese zeigen Dehnungen in der Fläche von über 100 %. Darüber hinaus ist auf Grund des geringen Gewichtes dieser Materialien die speicherbare Energiedichte vergleichbar mit der natürlicher Muskeln, wodurch sie besonders interessant sind für den Einsatz auf dem Gebiet der "künstlichen Muskeln".
In weiteren Forschungsprojekten wird den elektrischen Eigenschaften von Kunststoffen und deren zum Teil gewollter, zum Teil ungewollter elektrischer Aufladung nachgegangen. Hierfür stehen moderne Messverfahren zur frequenz- und temperaturabhängigen Messung der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften (Leitfähigkeit, dielektrische Spektroskopie) sowie Messplätze für Piezo- und Ferroelektrizität zur Verfügung.
Abb. 3: Demonstration des elektrostriktiven Effekts: Eine auf einen Ring aufgespannte, durchsichtige Elastomerfolie mit Elektroden auf Ober- und Unterseite zeigt bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine drastische Dehnung des Elastomers, was sich in einer deutlichen Erhöhung des Elektrodendurchmessers äußert.
