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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Polymerkomposite und Blends mit Kohlenstoff-Nanoröhren als Materialien für sensorische Anwendungen

Thursday (19.09.2019)
09:30 - 10:00 Uhr Masing Saal
Bestandteil von:


Elektrisch leitfähige Polymerkomposite (CPCs) auf Basis von isolierenden Polymeren, die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) gefüllt sind, wurden für verschiedene Anwendungen entwickelt, wie z.B. die Ableitung statischer Elektrizität. In jüngster Zeit werden solche CPCs auch als Sensormaterialien untersucht. Diese Anwendung basiert darauf, dass der elektrische Widerstand des CPCs auf Veränderungen in der Netzwerkstruktur des Füllstoffes durch Umwelteinflüsse reagiert. So erhöhen sich beispielsweise bei mechanischer Beanspruchung von CPCs die Abstände zwischen benachbarten CNTs, was zu einem erhöhten Übergangswiderstand oder gar zum Aufheben der elektrischen Kontakte führt. Im Idealfall führt die Entlastung zur Wiederherstellung der Netzwerkstruktur und der Anfangswiderstandswerte. Somit kann die Deformation anhand von Änderungen des elektrischen Widerstands des CPC gemessen werden. Ein ähnliches Prinzip gilt, wenn CPCs mit Flüssigkeiten oder Gasen in Berührung kommen. In diesen Fällen kann die Polymermatrix je nach Wechselwirkung mit den Lösungsmittelmolekülen quellen. Wenn das Lösungsmittel gut mit dem Polymer interagiert, kann die zeitabhängige Widerstandsänderung genutzt werden, um die Existenz eines Lösungsmittels zu erkennen und Lösungsmittel oder Lösungsmittel-/Gaskonzentrationen zu unterscheiden.

Dieser Beitrag zeigt Beispiele für Deformations-Sensing mit CPCs auf Basis von Poly(vinylidenfluorid) (PVDF) [1] und Polycarbonat (PC) [2] sowie für Flüssigkeits- und Gas-Sensing von PC-basierten CPCs [3]. Diese Materialien wurden durch Schmelzmischen im Kleinstmengenmaßstab hergestellt, wobei der Füllstoffgehalt unter 5 Gew.-% lag. Für die Sensorexperimente wurden gepresste Platten, Filme oder Fasern verwendet. Eine Feinabstimmung der Sensorik kann bei Verwendung von gemischten Füllstoffsystemen aus CNTs und Ruß erreicht werden, da die Netzwerke je nach Menge und Verhältnis der Füllstoffe eine unterschiedliche Struktur aufweisen [1,2]. Nicht mischbare Polymermischungen auf Basis von zwei Polymeren mit unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber Umweltveränderungen können auch zur Modifizierung des Sensorverhaltens verwendet werden. Sensoren, die auf solchen CPC-Materialien basieren, sind sehr vielseitig einsetzbar, da Polymere preiswert, einfach zu verarbeiten und leicht in verschiedene Formen wie Folien und Fasern geformt werden können.

 

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Petra Pötschke
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Jürgen Pionteck
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Yilong Li
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Dr. Tobias Villmow
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Dr. Roberto Bautista
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Dr. Kai Ke
    Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.