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Projekt
Modellierung und Finite-Elemente-Simulation des chemo-magneto-mechanischen Verhaltens von magnetischen Polymergelen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Thomas Wallmersperger
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Förderung
Förderung von 2013 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237976019
Multifunktionale Materialien sind auf Grund ihrer stimuli-responsiven Eigenschaften prädestiniert für Aktor- und Sensoranwendungen u.a. in der Mikrofluidik und in der Medizintechnik. Wichtige Vertreter hierbei sind Polymere, die sensitiv gegenüber von außen angelegten elektrischen und magnetischen Feldern eine kontrollierte Deformation ermöglichen.In dem vorliegenden Antrag soll das Verhalten von Ferrogelen, d.h. Polymergelen mit magnetischen Partikeln, unter Einfluss eines äußeren magnetischen Feldes detailliert untersucht werden. Hierzu erfolgt eine Modellierung und Simulation des (chemo-)magneto-mechanischen Verhaltens der Ferrogele mittels finiten Elementen. Das Ferrogel bestehend aus einem festen Polymernetzwerk, einer flüssigen Phase und fixen bzw. mobilen magnetischen Partikeln wird hierbei auf Basis einer Theorie poröser Medien für die unterschiedlichen Phasen beschrieben. Eine Beschreibung des Gesamtsystems erfolgt durch eine Kopplung der mechanischen mit den magnetischen Feldgleichungen. Die Parameter für das Materialmodell werden aus mikroskopischen experimentellen und theoretisch/numerischen Untersuchungen von Projektpartnern gewonnen. Im Rahmen des Projekts wird der Einfluss des äußeren magnetischen Feldes auf die magnetischen Partikel sowie die Interaktion der Partikel mit dem Polymernetzwerk und daraus resultierend die mechanische Deformation des Gels untersucht. Für isotrope und anisotrope Gele - mit fixen bzw. mobilen magnetischen Partikeln - soll das Verhalten im Magnetfeld berechnet und mit Ergebnissen von experimentellen Arbeitsgruppen verglichen werden. Hierbei wird zunächst das magneto-mechanische Hystereseverhalten von Ferrogelen analysiert und im entwickelten Modell berücksichtigt. Weiterhin sollen auch mobile elektrisch geladene Teilchen berücksichtigt werden. Somit kann das Verformungsverhaltens von Polymergelen unter elektrischen und magnetischen Feldern durch numerische Simulationsrechnungen bestimmt werden.In Abstimmung mit experimentellen Untersuchungen im Rahmen des SPPs kann die Qualität der entwickelten chemo-elektro-magneto-mechanischen Formulierung stetig verbessert werden. Somit steht dann ein thermodynamisch konsistentes Modell als Werkzeug zur Verfügung, das die Modellierung und Untersuchung medizintechnisch und mikrofluidisch relevanter Ferrogel-Aktorkonfigurationen ermöglicht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
