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Magnetisch abstimmbare Oberflächeneigenschaften von weichen magnetoaktiven Elastomeren

Fachliche Zuordnung Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437391117
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir erfolgreich weiche (effektiver Schermodul ca. 10 kPa und niedriger) auf Polydimethylsiloxan (PDMS)-Matrizen basierte magnetoaktive Elastomer (MAE) Schichten entwickelt haben, die mit µm-großen Eisenpartikeln gefüllt sind und sich für eine effektive Kontrolle verschiedener Oberflächeneigenschaften durch technisch einfach umsetzbare Magnetfelder eignen. Zu den technologischen Errungenschaften gehören eine neue Herstellungsmethode an der OTH Regensburg, die es ermöglicht, die Reaktion des scheinbaren Kontaktwinkels auf das Magnetfeld zu verbessern, indem die mit Partikeln angereicherte Seite der MAEs Wasser ausgesetzt wird, und eine Lasermikrobearbeitungsmethode zur Strukturierung von MAE-Oberflächen (Prof. M. Jezeršek mit Mitarbeitern an der Universität Ljubljana, UL). An der OTH Regensburg wurde ein neuartiger Versuchsaufbau für die Messung des Kontaktwinkels von Flüssigkeiten auf MAE-Oberflächen in Gegenwart eines Magnetfeldes unter dynamischen Bedingungen entwickelt. Mit diesem Aufbau wurden zum ersten Mal die dynamischen Kontaktwinkel auf MAE-Oberflächen gemessen. Die Rolle der Füllstoffkonzentration und der Materialweichheit auf die dynamische Benetzung von MAE-Oberflächen wurde herausgearbeitet. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Drevenšek-Olenik an der UL wurde die Machbarkeit der Realisierung rekonfigurierbarer (löschbarer) diffraktiver optischer Elemente, die den magnetischen Formgedächtniseffekt (feldinduzierte Plastizität) nutzen, erstmals experimentell nachgewiesen. In einer Reihe von Gemeinschaftsarbeiten mit den Partnergruppen von UL wurden neue Funktionalitäten laserablatierter lamellarer MAE- Strukturen für die Manipulation von Flüssigkeiten (Benetzung, Verspritzen und Transport von Flüssigkeiten) und kleinen festen Objekten (Transport und Rückprall) entdeckt und untersucht. Eine Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. S. Gorb an der Universität Kiel war der erste Schritt zum Verständnis der Zusammenhänge zwischen der magnetisch schaltbaren Haftung und Reibung weicher MAEs und den entsprechenden Volumen- (z.B. Schermodul) und Oberflächeneigenschaften (z.B. Oberflächenrauheit). Schließlich werden die im Rahmen des Projekts gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse und Erfahrungen über die Herstellung intelligenter MAE-basierter Oberflächen und deren Reaktionsfähigkeit weiter ausgebaut, um intelligente Materialien und Strukturen mit fortschrittlichen Architekturen und steuerbaren Oberflächeneigenschaften zu entwickeln und die Wechselwirkungen zwischen ihren Bestandteilen zu verstehen. Wir sehen mögliche Anwendungen für die entdeckten Effekte und neuen Technologien in der Soft-Robotik, der Mikrofluidik, der Aufpralltechnik und dem modernen Wärmemanagement.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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