« Projekte
Elektrisch leitfähige Polymerkomposite für elektrochemisch aktive und drucksensitive Beschichtugnen
Projektleiter:
Finanzierung:
Land (Sachsen-Anhalt) ;
Im Projekt wurden elektrisch leitfähige Polymerkomposite für mechanische Sensoren zur Messung von Druck- und Zugkräften sowie als elektrochemisches Elektrodenmaterial entwickelt. In Kraft- und Drucksensoren wirken piezoresistive Widerstände, die ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der auf sie einwirkenden mecha­nischen Kraft im angestrebten Messbereich ändern. Für diese Anwen­dung als piezoresistive Sensoren wurde der Füllgrad der leitenden Partikel in der Nähe der Perkolationsgrenze eingestellt. Entschei­dend war dabei die homogene Verteilung und Anbindung der leitenden Partikel in der Matrix. Für Elektroden hingegen wurde eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine möglichst hohe elektrochemische Materialstabilität angestrebt und erreicht. Die Her­stellung solcher Polymerkomposite ist durch geeignete Dispersions­techniken, gelungen. Zur Umsetzung wurden dabei elektrisch leitende Partikelsysteme in Polyurethane und Polysiloxane eingearbeitet und bewertet. Die so hergestellten Polymerkomposite eignen sich als Material für piezoresistive Sensoren und für elektrochemische Anwendungen, z.B. Elektrolysen und elektrochemische Sensoren. An graphitgefüllten Polyurethanen muss zur Erreichung einer signifikanten elektrischen Leitfähigkeit ein Massenanteil von mindestens 30 % in der Polymermatrix dispergiert werden. Die Beschichtungen wurden bezüglich ihres elektrochemischen Verhaltens durch zyklische Voltammmetrie untersucht. Für die Untersuchung der elektrome­chanischen Eigenschaften (Piezoresistivität unter Kompression) wurde eine mechanische Prüfvorrichtung mit einem Zweielektrodensystem kombiniert. Die piezoresistiven Eigenschaften konnten bei flexiblen Polysiloxankompositen nachgewiesen werden. Alle untersuchten Polyurethane erwiesen sich diesbezüglich als ungeeignet, da keine ausreichende Rückstellelastizität erreicht werden konnte. In mit speziellen und chemisch modifizierten Nickel- und Kupferpartikeln gefüllten Polysiloxanen wurden bei relativ niedriger Spannung unter 10 V extrem hohe Feldstärken beobachtet, die einen Durchtritt von Elektronen durch dünne Polymerschichten erlauben. Infolge einer Kraftein­wirkung kommt es zu einer Geometrieveränderung der partikelum­gebenden Potenzialbarrieren. Dadurch erfolgt eine Änderung der relati­ven Abstände der Nickelpartikel zueinander, so dass sich die Stärke der Potentialbarrieren zwischen den Partikeln verkleinert. Mit abnehmender Schichtdicke der Barrieren erhöht sich durch Elektronenübergänge die elektrische Leitfähigkeit in sehr starkem Maße.  Eine Probe mit 36 Massenprozent Nickel zeigte ein sehr schnelles und reversibles Ansprechen auch auf kleine bis mittlere Drucksignale. Es konnten Drucksignale kleiner 1 Ncm-2 detektiert werden, was einem Gewicht von 100 g entspricht und für taktile Sensoren anwendungstechnisch interessant ist. Diesbezüglich und bezüglich der Reversibilität des Ansprechverhaltens erwiesen sich die Nickel-Polysiloxan-Komposite den analog mit Kupferpartikeln hergestellten als überlegen. Im Projekt wurden durch Zusatz von leitfähigen Graphit­mikro­partikel erfolgreich elastische Polymerlacke und -schichten für die Anwendung als Elektrode in der Wasser­elek­tro­lyse mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit ent­wickelt. Eine hohe Piezore­sistivität wurde durch Nickelpar­tikel in Poly­siloxanen erreicht.
Die bewilligten Zuwendungen wurden aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE), des bundes und des Landes Sachsen-Anhalt finanziert.

Schlagworte

Graphitpartikel, Nickelpartikel, Piezoresevisität, Polysiloxan, elektrische Leitfähigkeit
Kontakt

Anke Schadewald

Institut für Kunststofftechnologie und -recycling (IKTR) e.V.

Geschäftsleitung

Industriestraße 12

06369

Weißandt-Gölzau

Tel.+49 34978 21203

Fax:+49 34978 21159

info@iktr-online.de

weitere Projekte

Die Daten werden geladen ...