Einstellung anisotroper Eigenschaften dielektrischer Elastomersysteme mittels eines selektiven Druckverfahrens

Beschreibung

Moderne mechatronische Systeme nutzen biologische Prinzipien, um die Funktionalität zu verbessern. Daher wird in dieser Arbeit das isotrope Verhalten von dielektrischen Elastomeren über einen bionischen Designansatz zu einem anisotropen Verhalten angepasst. Um dies zu erreichen, wird eine additive Fertigungstechnologie eingesetzt, die eine definierte und heterogene Verteilung von elektrisch leitfähigen Partikeln ermöglicht. Für die Aktoren wird ein segmentiertes Elektrodendesign getestet, während die Sensoren auf heterogenen Partikelclustern basieren. Die elektromechanische Kopplung der Elektrodensegmente dielektrischer Elastomeraktoren zeigt, dass zwischen dem Anisotropieverhältnis und der maximalen uniaxialen Auslenkung eine inverse Korrelation besteht. Bei dielektrischen Elastomersensoren ermöglicht die heterogene Verteilung der Partikel die Erfassung der Amplitude und Richtung einer Kraft. Bei geringen Verformungen lässt sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem Elektrodenwiderstand und der aufgebrachten Dehnung erkennen.
Die Bedeutung der Ergebnisse wird anhand von zwei praktischen Beispielen verdeutlicht. Als funktionelles Irisimplantat kann die Ausdehnung durch die anisotrope Gestaltung erhöht werden. Weiterhin ermöglicht ein anisotroper Sensor die vollständige Charakterisierung von Handgelenksbewegungen. In dieser Dissertationsschrift werden gedruckte anisotrope Elektroden als konventionelle Membranaktoren verwendet, wobei weitere Verbesserungen durch alternative Aufbauformen oder Vordehnung erwartet werden.