Funktionalisierte, superparamagnetische Magnetit-Nanopartikel zum Einsatz in polymeren Kompositmaterialien
Kurzzusammenfassung
Um dem gesteigerten Interesse nach Energieeffizienz, neuen Technologien, Down-
Sizing und Erhöhung von Komfort und Qualität zu begegnen, sind herkömmliche
Materialien nur noch bedingt geeignet. Aus diesem Grund liegt ein Hauptaugenmerk der
modernen Wissenschaft auf der Entwicklung und Herstellung von Smart-Materials.
Diese neuen Materialien bestehen aus einer Kombination von Nanotechnologie mit
bekannten Materialien und vereinigen mehrere chemische und physikalische
Eigenschaften ineinander, wodurch neue Funktionalitäten oder sogar völlig neue
Eigenschaften geschaffen werden. Ein breites Feld belegen hierbei schaltbare
Materialien, die eine oder mehrere physikalische Eigenschaften bei Energiezufuhr
reversibel variieren können, wie zum Beispiel ihre spektrale Absorption, ihre
Lichtbrechung, ihre Leitfähigkeit oder auch ihre Härte und Dämpfungseigenschaften.
In dieser Arbeit wurden durch die Kombination von superparamagnetischen Magnetit-
Nanopartikel mit verschiedenen Polymeren magnetisch aktive Elastomere (MAEs)
hergestellt, die unter dem Einfluss eines externen Magnetfeldes ihre viskoelastischen
Eigenschaften spontan, stufenlos und reversibel ändern.
Um die eingesetzten Magnetit-Nanopartikel, welche durch eine Kopräzipitation von
Eisenchloriden mittels Natronlauge hergestellt wurden, für ihren Einsatz zu optimieren,
wurde zunächst eine Studie zu einigen Reaktionsparametern und ihrem Einfluss auf die
Partikelgröße und deren Verteilungsfunktion angefertigt. Aufgrund der erhaltenen
Erkenntnisse wurde anschließend ein Reaktor zur kontinuierlichen Herstellung der
Partikel gebaut und in Betrieb genommen.
Da Nanomaterialien im Allgemeinen stark zu Agglomeration neigen, wurden
verschiedene chemische Funktionalisierungen der Partikel durchgeführt, welche die
Agglomerationsneigung verringern und zudem zu einer besseren Dispergierbarkeit und
Anbindung der Partikel in den Polymeren beitragen. Hierbei wurden verschiedene
Organosilane und Ölsäure verwendet, von denen ein besonderes Augenmerk auf die
Funktionalisierung mit n-Octyltriethoxysilan (Si-208) gelegt wurde.
Aus den funktionalisierten Magnetit-Nanopartikeln wurden polymere
Kompositmaterialien auf Basis von Polymethylmethacrylat (PMMA), Silikonkautschuk
und Naturkautschuk hergestellt, welche verschiedene magnetische Eigenschaften
aufweisen und sich in ihren viskoelastischen Eigenschaften reversibel variieren lassen.
Weiterhin wurden Untersuchungen zu der Vorausrichtung der Partikel in den
Elastomeren durch ein externes Magnetfeld während der Vernetzung durchgeführt, und
der Effekt dieser Vorausrichtung auf die Eigenschaften der MAEs untersucht.
SCHLAGWÖRTER: Smart-Materials, Magnetit-Nanopartikel, magneto-rheologische
Elastomere