Gerichtete MWCNT/ Polypyrrol Hybride als Material für anisotrope Aktuatoren
Creators: name: Schnoor, Thea
Publisher: name: TUTECH INNOVATION GmbH
Year: 2016
Subjects: subject: Carbon Nanotubes
subject: Polypyrrol
subject: Aktuation
subject: Nanostrukturierung
subject: Elektropolymeristation
classificationCode: 540
subject: Chemie

description: In dieser Arbeit wird die Herstellung vertikal und horizontal gerichteter Multi Walled Carbon Nanotube (MWCNT)/ Polypyrrol Hybride beschrieben und die richtungsabhängige Aktuation untersucht. Die für die Aktuation verantwortliche Komponente des Hybrids ist hierbei das Polypyrrol; bei geringen Potentialdifferenzen und Strömen wird das Polymer reversibel reduziert bzw. oxidiert. Dieser Vorgang wird begleitet vom Aus- bzw. Eindiffundieren solvatisierter Ionen aus der umgebenden Elektrolytlösung in die Polymermatrix, das Volumen des Polymers schwillt bzw. zieht sich zusammen. Da Polypyrrol bereits unter physiologischen Bedingungen aktiv ist, kann als möglicher Anwendungsfall bspw. die Verwendung als Mikroaktuators für implantierbare Mikrodosiersysteme mit einer Funktionsweise ähnlich derjenigen eines Schließmuskels beschrieben werden. Die MWCNTs übernehmen im Hybrid die Rolle einer eingebetteten Elektrode und sorgen für eine gleichmäßige Ladungsverteilung. Gleichzeitig induzieren sie, bedingt durch ihre hohe Steifigkeit in Richtung des MWCNT Orientierung und durch ihre Nanostrukturierung, eine Richtungsabhängigkeit in die Aktuation des Hybrids. Die Kontraktion bzw. Dehnung parallel zur MWCNT Orientierung wird fast vollständig unterbunden. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Hybride dienen vertikal gerichtete Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT), die mittels Gasfluss CVD Prozess hergestellt werden. In einem mechanischen Umformvorgang können die vertikal orientierten MWCNTs unter gleichzeitiger Verdichtung in horizontal orientierte Buckypaper überführt werden. Anschließend wird in einer Elektropolymerisationsreaktion jedes einzelne der MWCNTs mit einer dünnen Schicht (~ 20 nm) Polypyrrol als aktives Polymer beschichtet. Die relative Orientierung der MWCNTs zueinander bleibt während der Beschichtung mit Polypyrrol erhalten. Zusätzlich zur Aktuation werden die mechanischen Eigenschaften der Hybride, insbesondere die Zug- und Drucksteifigkeiten, erfasst und die Hybride hinsichtlich ihrer elektrochemischen Eigenschaften charakterisiert.
description: The present work describes the manufacturing of vertically and horizontally aligned Multi Walled Carbon Nanotube (MWCNT)/ Polypyrrole Hybrids and their direction dependent behavior when actuated. In these hybrids, the Polypyrrole component is responsible for the actuation; already at very low potential differences and currents the polymer can be oxidized and reduced reversibly. This redox-procedure is accompanied by a diffusion of solvated ions from the surrounding electrolyte and therefore, the volume of the polymer swells or contracts. Because Polypyrrole is active under physiological conditions, a possible application for such Hybrids would be to use them as micro-actuators for implantable micro-dosing systems, which has a working principle very similar to that of a compressor. In the described Hybrids, the MWCNTs take over the role as an incorporated electrode and ensure an even distribution of charges. At the same time, they induce direction dependent actuation (or anisotropy in actuation) owing to their high stiffness along their main orientation direction and nanostructured shape. The contraction and elongation in the direction parallel to the main MWCNT orientation is almost completely deterred. As a starting material for the manufacturing of the Hybrids, vertically aligned MWCNTs produced via gas flow CVD processes are used. Through a mechanical process, these vertically oriented MWCNTs can be transformed into horizontally aligned Buckypapers by densification. In a subsequent electrochemical polymerization process, each of these individual MWCNTs is coated with a very thin layer (~20 nm) of Polypyrrole. The relative orientation of the MWCNTs is preserved throughout the coating procedure. Apart from their actuation behaviour, the mechanical properties viz., tensile and compression stiffness and the electro-chemical properties of these composites are also investigated.