title: Correlation of dispersion, rheological and electrical properties of particle filled silicone elastomers
title: Korrelation von Dispergierung, rheologischen und elektrischen Eigenschaften von partikelgefüllten Flüssigsilikonwerkstoffen
Creators: name: Ziegmann, Andreas
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2025
Subjects: subject: Elektro-aktive Polymere
subject: EAP
subject: Dielektrische Elastomere
subject: Electro-active polymer
subject: polymer
subject: Bariumtitanat
subject: barium titanate
subject: dielectric elastomer
subject: silicone elastomer
subject: Silikonelastomer
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Bereiche

description: Imitating the complex movements of human muscles to support wounded people is a major scientific challenge. A promising approach to muscle replacement involves the application of electroactive polymers (EAP). By applying an electric field to an EAP, it is possible to change the shape of the polymer so that the imitation of difficult movements can be achieved by using multiple EAPs simultaneously. Promising silicone elastomers are used as EAPs in this work, which in turn are reinforced with barium titanate particles of different particle sizes. The aim of the reinforcement is a systematic investigation of the influence of barium titanate particles, particle size, dispersion and particle-particle interactions on the electro-mechanical properties, which are a measure of the material's suitability as an actuator. For a deeper understanding, the analytical, rheological, mechanical and dielectric properties are also investigated. The results of this work show that silicone elastomers filled with barium titanate are suitable as actuators in principle, but that the applied voltages are still too high (kV range), so that they cannot yet be used in the human body.
description: Die Nachahmung der komplexen Bewegungen der menschlichen Muskeln zur Unterstützung von Verwundeten ist eine große wissenschaftliche Herausforderung. Ein vielversprechender Ansatz zur Ersetzung eines Muskels umfasst die Anwendung von elektroaktiven Polymeren (EAP). Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes an ein EAP ist es möglich, die Form des Polymers zu verändern, so dass die Nachahmung schwieriger Bewegungen durch die Verwendung mehrerer EAPs gleichzeitig realisiert werden kann. Als EAPs werden in dieser Arbeit vielversprechende Silikonelastomere verwendet, welche wiederum mithilfe von Bariumtitanatpartikeln unterschiedlicher Partikelgrößen verstärkt werden. Das Ziel der Verstärkung ist eine systematische Untersuchung des Einflusses der Bariumtitanatpartikel, der Partikelgröße, der Dispersion und der Partikel-Partikel Wechselwirkungen auf die elektro-mechanischen Eigenschaften, welche ein Maß für die Materialeignung als Aktor sind. Für ein tiefgreifenderes Verständnis werden auch noch die analytischen, rheologischen, mechanischen und dielektrischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass mit Bariumtitanat gefüllte Silikonelastomere prinzipiell als Aktoren geeignet sind, die angelegten Spannungen allerdings noch zu hoch sind (kV Bereich), so dass sie noch nicht im menschlichen Körper verwendet werden können.