Ferroelektret-Eigenschaften zellulärer Polymerschäume

Das gemeinsame Projekt der Johannes Kepler Universität Linz, sowie der Universitäten Erlangen-Nürnberg, Potsdam und Darmstadt als ausländische Partner befasst sich mit der Entwicklung von Ferroelektreten auf der Basis neuentwickelter Fluorpolymere mit zellulärer Struktur und verbesserter thermischer und Langzeitstabilität für elektromechanische Transducer-Anwendungen. Ferroelektrete sind zelluläre Raumladungselektrete, die Eigenschaften von Ferroelektrika und Raumladungselektreten kombinieren. Ferroelektrete bilden Eigenschaften nach, die man bisher nur von polaren ferroelektrischen Materialien kannte, insbesondere Hysteresen in der dielektrischen Verschiebung als auch in der mechanischen Verspannung als Funktion des elektrischen Feldes. Ferroelektrete sind daher ebenfalls für die Grundlagenforschung von Interesse, als neue Klasse ferroischer Materialien. Das Gebiet ist noch im Anfangsstadium der Forschung, so dass viele fundamentale Fragestellungen noch nicht zufrieden stellend geklärt sind. Im Linzer Teilprojekt sollen die nichtlineare dielektrische Funktion, elastischen und elektromechanischen Eigenschaften zellulärer Polymere eingehend untersucht werden, Größen die derzeit in ferroelektretischen Materialien nicht bekannt sind. Diese Größen werden an Modellsystemen untersucht, zunächst an zellulärem Polypropylen und fortgesetzt an den in Erlangen-Nürnberg entwickelten Fluorpolymeren. Im Vergleich zu zellulärem Polypropylen sollten die neuentwickelten zellulären Fluorpolymere in jeder Hinsicht bessere Materialeigenschaften aufweisen, insbesondere Langzeit und thennisch stabile piezeoelektrische Effekte. Die nichtlineare dielektrische Funktion wird mit den piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaften der zellulären Polymerschäume korreliert. Die Arbeit ist nicht ausschließlich von akademischen Interesse sondern stellt auch eine Reihe von Parametern bereit, die für p Anwendungen, wie sie an der Universität Darmstadt entwickelt werden, relevant sind, so z.B. Klirrfaktoren in akustischen Anwendungen. Die linearen und nichtlinear elastischen Eigenschaften zellulärer Polymere sollen bestimmt und mit elektromechanischen Eigenschaften verglichen werden. Zelluläre Polymere stellen hochgradig elastisch nichtlineare Systeme dar, wobei die Stärke der Nichtlinearitäten von der relativen Dichte des Schaums, aber auch durch die geometrische Struktur der Hohlräume im Polymer bestimmt wird. Die Kenntnis der elastischen Eigenschaften ist essentiell für die Auswahl von zellulären Fluorpolymer-Elektreten, bevor diese unter optimalen Bedingungen aufgeladen werden an der Universität Potsdam. Des Weiteren könnte die Kenntnis der nichtlinearen elastischen Materialeigenschaften bei der Linearisierung der Schäume durch mechanische Vorbehandlung helfen. Dieser Aspekt des Projekts ist ebenfalls für Transducer-Anwendungen von Interesse, wo Nichtlinearitäten durch geeignete Elektronik Datenanalyse mitberücksichtigt werden müssen. Die Arbeit im Linzer Teilprojekt ist eng verknüpft mit der Arbeit an den deutschen Universitäten. Geplant ist die Mitwirkung bei der Entwicklung der zellularen Morphologie auf der Basis der Weichheit der zellulären Polymerstrukturen, bei der Auswahl geeigneter Polymere für die Aufladung unter optimalen Bedingungen und durch das Bereitstellen anwendungsrelevanter Eigenschaften, insbesondere der Nichtlinearitäten des Materials, der Bestimmung von Klirrfaktoren usw.

Das gemeinsame Projekt der Johannes Kepler Universität Linz, sowie der Universitäten Erlangen-Nürnberg, Potsdam und Darmstadt als ausländische Partner befasst sich mit der Entwicklung von Ferroelektreten auf der Basis neuentwickelter Fluorpolymere mit zellulärer Struktur und verbesserter thermischer und Langzeitstabilität für elektromechanische Transducer-Anwendungen. Ferroelektrete sind zelluläre Raumladungselektrete, die Eigenschaften von Ferroelektrika und Raumladungselektreten kombinieren. Ferroelektrete bilden Eigenschaften nach, die man bisher nur von polaren ferroelektrischen Materialien kannte, insbesondere Hysteresen in der dielektrischen Verschiebung als auch in der mechanischen Verspannung als Funktion des elektrischen Feldes. Ferroelektrete sind daher ebenfalls für die Grundlagenforschung von Interesse, als neue Klasse ferroischer Materialien. Das Gebiet ist noch im Anfangsstadium der Forschung, so dass viele fundamentale Fragestellungen noch nicht zufrieden stellend geklärt sind. Im Linzer Teilprojekt sollen die nichtlineare dielektrische Funktion, elastischen und elektromechanischen Eigenschaften zellulärer Polymere eingehend untersucht werden, Größen die derzeit in ferroelektretischen Materialien nicht bekannt sind. Diese Größen werden an Modellsystemen untersucht, zunächst an zellulärem Polypropylen und fortgesetzt an den in Erlangen-Nürnberg entwickelten Fluorpolymeren. Im Vergleich zu zellulärem Polypropylen sollten die neuentwickelten zellulären Fluorpolymere in jeder Hinsicht bessere Materialeigenschaften aufweisen, insbesondere Langzeit und thennisch stabile piezeoelektrische Effekte. Die nichtlineare dielektrische Funktion wird mit den piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaften der zellulären Polymerschäume korreliert. Die Arbeit ist nicht ausschließlich von akademischen Interesse sondern stellt auch eine Reihe von Parametern bereit, die für p Anwendungen, wie sie an der Universität Darmstadt entwickelt werden, relevant sind, so z.B. Klirrfaktoren in akustischen Anwendungen. Die linearen und nichtlinear elastischen Eigenschaften zellulärer Polymere sollen bestimmt und mit elektromechanischen Eigenschaften verglichen werden. Zelluläre Polymere stellen hochgradig elastisch nichtlineare Systeme dar, wobei die Stärke der Nichtlinearitäten von der relativen Dichte des Schaums, aber auch durch die geometrische Struktur der Hohlräume im Polymer bestimmt wird. Die Kenntnis der elastischen Eigenschaften ist essentiell für die Auswahl von zellulären Fluorpolymer-Elektreten, bevor diese unter optimalen Bedingungen aufgeladen werden an der Universität Potsdam. Des Weiteren könnte die Kenntnis der nichtlinearen elastischen Materialeigenschaften bei der Linearisierung der Schäume durch mechanische Vorbehandlung helfen. Dieser Aspekt des Projekts ist ebenfalls für Transducer-Anwendungen von Interesse, wo Nichtlinearitäten durch geeignete Elektronik Datenanalyse mitberücksichtigt werden müssen. Die Arbeit im Linzer Teilprojekt ist eng verknüpft mit der Arbeit an den deutschen Universitäten. Geplant ist die Mitwirkung bei der Entwicklung der zellularen Morphologie auf der Basis der Weichheit der zellulären Polymerstrukturen, bei der Auswahl geeigneter Polymere für die Aufladung unter optimalen Bedingungen und durch das Bereitstellen anwendungsrelevanter Eigenschaften, insbesondere der Nichtlinearitäten des Materials, der Bestimmung von Klirrfaktoren usw.