Modellierung der elektrischen und thermischen Transportmechanismen in graphenmodifizierten Polymercompounds und Fasern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Gries
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397377289

Ziel des Forschungsvorhabens GraSage ist die Entwicklung eines Modells zum qualitativen und quantitativen Verständnis der Interaktion zwischen Graphen und umgebenden Polymermaterialien in Form von Komposit- und Fasermaterialien. Die folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen werden im Rahmen des Projektes beantwortet:1. Welche physikalischen und chemischen Interaktionen treten zwischen Graphen und einem Umgebungspolymer im mikro- und nanoskaligen Maßstab auf?2. Welche Korrelationen zwischen den intrinsischen Eigenschaften der benutzten Graphen-Spezifikationen und den resultierenden, makroskopischen Eigenschaften der Kompositmaterialien können aufgezeigt werden?3. Wie werden die Eigenschaften von Komposit- und Fasermaterialien durch den Herstellungs- und Verarbeitungsprozess weiter beeinflusst?Zur Beantwortung der o.g. Fragen werden im Projekt experimentelle-, simulative-, analytische- sowie mathematisch-modellierende Arbeiten durchgeführt. Graphenmodifizierte Compounds und Fasern werden unter Variation der Material- und Prozessparameter im Rahmen eines statistischen Versuchsplans hergestellt (DOE). Die Simulation auf nano- und mikroskaliger Ebene erfolgt mittels Molekulardynamik (nanoskalig) und mittels finiter Elemente (makroskalig). Die Analyse der hergestellten Compounds und Fasern erfolgt hinsichtlich ihrer strukturellen, mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften. Zur mathematischen Modellierung der Korrelationen zwischen Material, Prozess und resultierenden Eigenschaften werden die analytischen Daten mittels Data mining verwertet und darüber hinaus durch Methoden der künstlichen Intelligenz miteinander korreliert (neuronale Netze/Fuzzy-Logiken).Durch die erhaltenen Projektergebnisse wird ein substanzieller Mehrwert im Verständnis der Interaktion zwischen Graphen und Polymermaterialien erwartet. Dies führt zu geringeren Produktentwicklungszyklen für graphenmodifizierte Komposit- und Fasermaterialien und somit zu einem schnelleren Technologietransport des Materials Graphen aus dem Labor in Demonstratoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Niederlande, Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Larissa Gorbatikh; Dr. José Manuel Ramos; Professor Dr.-Ing. Gunnar Henrik Seide