Gerichtete Bewegung von Nanokompositen mit Hilfe der Elektrostriktion

• Antragsteller: Elshad Allahyarov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321045143

Typischerweise schrumpft ein Nanokomposit-Elastomer, welches mit polarisierbaren Partikeln versetzt ist, als Reaktion auf ein elektrisches Feld. Eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der eingeschlossenen Partikel verstärkt die Kontraktion. Neuere theoretische Arbeiten weisen darauf hin, dass die räumliche Verteilung der polarisierbaren Partikel die Antwort des Elastomers beeinflusst. Sind die Partikel auf bestimmten Gittern angeordnet, dehnt sich hingegen das Nanokomposit entlang des angelegten Feldes aus. Ungeklärt bleibt wie robust dieser Übergang (Kontraktion zu Verlängerung) gegenüber Änderung der Kristallorientierung und der Dipolstärke ist, weiterhin ist unklar, wie die deformationsbedingte Positionenänderung der eingebetteten Partikel die Reaktion des Nanokomposits ändert. Des Weiteren ist wenig über das Verhalten von Nanokompositen bei räumlich periodischen Feldern bekannt. Dieses Projekt wird auf diese Fragen eingehen, sowie andere wichtige Aspekte der elektrischen Aktivierung von Nanokompositen untersuchen. Das Verhalten des Nanokomposit-Elastomer wird von der Wechselwirkung zwischen Elektrostriktion, der Dipol-Dipol-Korrelationen, der räumlichen Verteilung der polarisierbaren Partikel und der lokalen elektrischen Feldstärke im Innern des Nanokomposits bestimmt. Eine Kombination aus Simulation und Theorie wird verwendet, um ein ganzheitliches Verständnis von dem Verhalten des Nanoverbundwerkstoffs zu erlangen. Das Hauptziel ist es ein Nanokomposit zu entwickeln das sich bei periodischer Anregung in einer Flüssigkeit fortbewegen kann (ein schwimmender Nanoroboter). Eine mögliche Realisierung ist ein Nanokomposit in einer Schichtanordnung mit Lagen unterschiedlicher räumlicher Verteilung der polarisierbaren Partikel. Eine wichtige Zutat für eine gerichtete Bewegung ist die Erzeugung von laufenden Wellen oder oszillierenden Verbiegungen und Verdrehung. Für eine optimale Erzeugung der periodischen Verformungen wird die räumliche Orientierung der Verteilung, das Dipolmoment der Grenzflächenladungen an der Einschluss-Elastomer-Grenze, die Größe und Packungsdichte der eingebetteten Partikeln variiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen