Technische Implementierung magnetosensitiver Elastomere für reversibel magnetisch einstellbare Sensorsysteme

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Jana Popp
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276806327

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 des Paketantrags soll durch Mischung magnetisch harter und magnetischer weicher Partikel in einer elastomeren Matrix eine Kombination aktiver und passiver magnetorheologischer Eigenschaften erzielt werden. 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 wird im beantragten Teilprojekt die technische Implementierung der magnetosensitiven Elastomere in Sensorapplikationen, deren Prinzip auf der magnetfeld-sensitiven Nachgiebigkeit (Nachgiebigkeit verstanden als Interaktion von Geometrie und Material) basiert, untersucht. Aus den Wechselwirkungen der hart- und weichmagnetischen Partikel miteinander und mit der funktionellen Elastomer-Matrix resultieren makroskopische magnetomechanische Eigenschaften. Die magnetische Manipulation (statisch/dynamisch) des resultierenden Verhaltens (Bewegung, Deformation) muss fundamental untersucht werden (für u.a. lokal/zeitlich variante; hochfrequente Magnetfelder). Wobei der Einfluss des eigenen permanentmagnetischen Feldes (hartmagnetische Partikel), mit Wirkung auf die mechanischen Initialeigenschaften des Hybridmaterials, weitest gehend differenziert werden muss vom Einfluss externer Felder (weichmagnetische Partikel) wirksam auf variable Nachgiebigkeit. Das Arbeitsprogramm sieht zunächst Untersuchungen der makroskopisch magnetomechanische Nachgiebigkeit an einfachen Geometrien (messtechnisch-experimentell), daran anknüpfend die des Verhaltens (statisch/dynamisch) des magnetomechanischen Systems bereits mit Berücksichtigung des abstrahierten Applikationskonzeptes (simulativ, Prototypen: messtechnisch-experimentell) vor. Die Annäherung an die Applikation wird durch die konkretere Prototypenentwicklung und deren komplexes Systemverhalten unter den genannten Parametern begleitet. Interessant aus ingenieurtechnischer Sicht sind die Aspekte eineindeutige Systemantwort (Sensor) auf äußere mechanische Stimuli, interferierende Felder, Grundeinstellung der Nachgiebigkeit durch Partikelwahl, einfache geeignete Messprinzipien, Verarbeitungseigenschaften des Materials.Hierbei wird eine intensive Kommunikation mit den Partnern (Mikrostruktur, makroskopische Eigenschaften) erfolgen. Wir erwarten signifikante Ergebnisse bei der Entwicklung eines Beschleunigungssensors mit magnetisch adaptierbarem Sensitivitätsbereich, als dessen Ergebnis ein Prototyp den Funktionsnachweis erbringen soll. Die generalisierten Erkennnisse dienen zudem der Entwicklung neuartiger magnetosensitiver und -einstellbarer, permanentmagnetischer Applikationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sofia Kantorovich; Professor Dr. Yuriy L. Raikher; Professor Gennady V. Stepanov; Professor Dr. Pavel Storozhenko; Professor Dr. Andrey Zubarev