Experimentelle Charakterisierung der magnetfeldabhängigen Eigenschaften neuartiger magnetischer Hybridmaterialien

• Antragsteller: Dr. Dmitry Borin
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393746096

Klassische magnetische Hybridmaterialien beinhalten entweder magnetisch weiche oder magnetisch harte Partikel. Dementsprechend haben sie entweder einen aktiven magnetorheologischen Effekt oder sind durch die Vormagnetisierung der magnetisch harten Partikel mit passiven magnetorheologischen Eigenschaften versehen. Im Rahmen dieses Forschungsverbundes aus russischen und deutschen Arbeitsgruppen kombinieren wir durch Mischung magnetisch harter und magnetischer weicher Partikel in einer elastomeren Matrix aktive und passive magnetorheologische Eigenschaften. Dabei ist es das Ziel des Verbunds, entsprechende Materialien, auf der Basis eines detaillierten mikroskopischen Verständnisses, maßgeschneidert für sensorische Anwendungen zu synthetisieren.In diesem Kontext erfolgen im hier beantragten Teilprojekt systematische experimentelle Untersuchungen an magnetischen Hybridmaterialien, deren Eigenschaften vom angelegten Magnetfeld abhängig sind. Im Fokus des Arbeitsprogramms stehen klassische elastische magnetische Hybridmaterialien sowie neuartige Komposite mit einer komplexen Zusammensetzung. Nach Abschluss der Bewertung der unterschiedlichen Methoden für die Charakterisierung von Hybridmaterialien in der ersten Förderperiode, wird sich unsere Arbeit in der zweiten Phase auf spezifische Aspekte ihres Verhaltens fokussieren. Insbesondere werden detaillierte Untersuchungen zum Einfluss der Partikelmorphologie auf das makroskopische Verhalten der Komposite durchgeführt. Die in der ersten Phase gewonnenen Ergebnisse lassen zwischen zwei verschiedene physikalischen Prozessen, die für einen charakteristischen Materialverhalten verantwortlich sind, unterscheiden: zum einem die Rotation bzw. Ausrichtung von Partikeln und zum anderen die Strukturierung von Partikeln innerhalb der elastischen Matrix. Daher ist es das Ziel des Teilprojektes zwischen diesen Prozessen innerhalb der Matrix zu unterscheiden. Ein weiteres Ziel ist die Charakterisierung des Hybridmaterialverhaltens unter exakt definierten Vorspannbedingungen. Bisher wird dieses Phänomen bei magnetischen elastischen Kompositen kaum berücksichtigt. Allerdings ist dieser Aspekt für technische Anwendungen wesentlich, vor allem wenn das Hybridmaterial in einer Gerätestruktur unter Vorspannung integriert wird. Darüber hinaus werden wir Studien über die Anisotropie des viskoelastischen Verhaltens und über den magnetodeformativen Effekt in den Kompositen durchführen. Auch diese Themen haben für technische Anwendungen eine große Relevanz. Eine enge Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen ermöglicht es uns, entsprechende Interpretationen der experimentellen Ergebnisse zu finden. In Summe erwarten wir aus dem Vorhaben detaillierte Informationen über die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Veränderungen und makroskopischen Eigenschaften der magnetischen Hybridmaterialien, die eine Vorhersage der zu Erreichung bestimmter Materialeigenschaften notwendigen Veränderungen möglich machen sollen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1681: Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien
• Internationaler Bezug: Österreich, Russische Föderation
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sofia Kantorovich; Professor Dr. Yuriy L. Raikher; Professor Gennady V. Stepanov; Professor Dr. Pavel Storozhenko; Professor Dr. Andrey Zubarev