Magnetoelektrische und magnetomechanische Wechselwirkungen in nachgiebigen Verbundwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Mikhail Chamonine
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466920132

Die vorgeschlagene Fortsetzung des Projekts basiert auf den vorläufigen Ergebnissen der aktuellen Förderperiode 2018-2020. Das Hauptziel besteht darin, nachgiebige magnetoelektrische (ME) Schichtstrukturen zu entwerfen, herzustellen und zu charakterisieren, welche ein magnetoaktives Elastomer (MAE) als magnetostriktive Phase und ein flexibles Polymer als piezoelektrische Phase umfassen. Das piezoelektrische Polymer wird entweder ein handelsübliches Polyvinylidenfluorid oder ein mikrostrukturiertes ferroelektrisches Material auf Polydimethylsiloxan-Basis sein. Der direkte ME Effekt in solchen Verbundwerkstoffen ist auf eine durch die mechanische Belastung entstehende Kopplung („strain-mediated coupling“) zwischen Magnetostriktion und Piezoelektrizität in konstitutiven Materialien zurückzuführen. In diesem Zusammenhang sind experimentelle Untersuchungen zur Deformation von MAE-Körpern in homogenen Magnetfeldern von besonderer Bedeutung. Auf Grund der derzeitigen theoretischen Kenntnisse konnten noch keine Herstellungsrichtlinien entwickelt werden, um eine MAE-Probe mit der gewünschten Magnetodeformation zu entwerfen. Die verfügbaren experimentellen Ergebnisse zur MAE-Magnetostriktion sind eher fragmentarisch, beziehen sich meist auf frühere Generationen von MAEs und sind häufig widersprüchlich. Die Entwicklung von weichen MAEs in dem laufenden Projekt führte bereits zum Nachweis einer magnetisch induzierten Dehnung, die als eine Höchstleistung angesehen werden kann. Systematische Untersuchungen von Verformungen makroskopischer MAE-Körper (z.B. Zylindern und Sphäroiden) in homogenen Magnetfeldern werden durchgeführt, um die Abhängigkeiten von der Probenform (Seitenverhältnis), der Materialzusammensetzung und der inneren strukturellen Anordnung von Mikropartikeln zu erhalten. Aus diesen Experimenten kann der piezomagnetische Koeffizient abgeleitet werden und die kürzlich vorhergesagte umfangreiche Verformung („shape morphing“) von sphärischen MAE-Proben sollte beobachtet werden. Während der derzeitigen Förderung wurde die große Wiedemann-Verdrehung einer MAE-Röhre entdeckt. Dieser Effekt sollte weiter erforscht werden. Die Abhängigkeiten der Wiedemann-Verdrehung von den geometrischen Parametern, der Materialzusammensetzung und der inneren strukturellen Anordnung der Mikropartikel werden gemessen. Die erhaltenen Datensätze für lineare und rotatorische Verformungen von MAE-Körpern werden zum Vergleich mit den vorhandenen und zukünftigen theoretischen Modellen verwendet. Mögliche Anwendungen der erhaltenen Ergebnisse sind magnetisch gesteuerte Linear- und Torsionsaktuatoren, Magnetfeldsensoren, „Energy Harvesting“-Geräte usw.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation, Slowenien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Irena Drevensek Olenik; Leonid Fetisov, Ph.D., bis 3/2022