Magnetisch abstimmbare Oberflächeneigenschaften von weichen magnetoaktiven Elastomeren

• Antragsteller: Professor Dr. Mikhail Chamonine
• 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

Die Mikrostruktur des Füllstoffs (Anordnung von mikrometergroßen magnetischen Füllstoffpartikeln) von magnetoaktiven Elastomeren (MAEs) kann, sobald die umgebende Matrix weich ist, durch externe Magnetfelder deutlich verändert werden. Diese Umstrukturierung des Füllstoffs ist auf der freien Oberfläche (OF) eines MAE bemerkbar und die entsprechenden Veränderungen der Oberflächeneigenschaften (OE), z.B. die Benetzbarkeit oder die Adhäsion, können für eine breite Palette von Anwendungen, wie die Steuerung von Flüssigkeiten in mikrofluidischen Vorrichtungen oder für magnetisch steuerbare Zellkultursubstrate, nützlich sein. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Untersuchung von Magnetfeld-induzierten OF-Änderungen von MAEs und die Feststellung der allgemeinen Beziehungen zwischen physikochemischen Eigenschaften konstitutiver Komponenten des Verbundwerkstoffs, der Matrix und des Füllstoffes inklusive deren Grenzflächen, und der daraus resultierenden Veränderungen der OE (z. B. der Benetzbarkeit oder der Streureflexion des Lichtes) in Magnetfeldern. Die makroskopischen OE werden durch die mikroskopischen Eigenschaften der Bestandteile eines Verbundmaterials in der Nähe seiner OF bestimmt. Diese sollen hier systematisch variiert werden. Auf diese Weise soll ein gezielter Entwurf einer auf das Magnetfeld ansprechenden MAE-OF mit vorgegebenen Eigenschaften ermöglicht werden. Die umfangreichste Aufgabe wird die Charakterisierung von magnetfeldinduzierten OF-Änderungen durch die Mikroskopie-Verfahren, die optische Profilometrie, die Lichtstreuung, usw. sein. Außerdem werden die Zusammenhänge zwischen den OE des Verbundwerkstoffs und der volumenbezogenen Eigenschaften seine Bestandteile bzw. der Zusammensetzung des Füllstoffs ermittelt. Die Matrizen basieren auf Polydimethylsiloxan. Die Füllstoffe werden aus weichmagnetischen (Eisen) und/oder hartmagnetischen (NdFeB) Partikeln variabler Größe und Morphologie (Kugeln, Flocken) zusammengesetzt, welche durch ultrafeine (Nanopartikel) und feine magnetische Partikel (z.B. Spinell-Ferrite) ergänzt werden. Die OE von Partikeln werden zur Erhöhung der Hydrophobizität oder Funktionalisierung modifiziert. Die Ergebnisse werden mit Schlussfolgerungen neuester mesoskopischer theoretischer Ansätze verglichen. Die grundlegenden Untersuchungen werden im Hinblick auf drei mögliche Anwendungsgebiete von MAEs durchgeführt. Insbesondere geht es dabei um i) abstimmbare OF-Benetzung, ii) löschbare und konfigurierbare, optische Beugungselemente und iii) abstimmbare Ausrichtungsschichten für Flüssigkristalle. Die letzte Anwendung wird benutzt, um das Relaxationsverhalten der mikroskopischen Partikeln in den an einer OF angrenzenden Schichten nach Abschalten des äußeren Feldes zu erfassen. Um Rückschlüsse auf die Alterung bzw. die Verschlechterung der funktionalen OE und die zugrundeliegenden physikochemischen Mechanismen ziehen zu können, werden Langzeitbeobachtungen der OE durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Slowenien, Ungarn
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Irena Drevensek Olenik; Professor Dr. Darko Makovec; Dr. Péter Salamon