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Printed marcroporous polymers with complex shapes & structures
Öztürk Hande Barkan
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie und Technologie der Materialien
Betreuer*in
Alexander Bismarck
Mitbetreuer*in
Angelika Menner
DOI
10.25365/thesis.43756
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21423.46053.830868-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der „REWOD Energie Harvester“ ist entworfen worden, um mechanische Kraft in elektrische Energie umzuwandeln. Im „Harvester“ ist ein flexibles Federelement erforderlich welches die zyklische Be- und Entnetzung des Dielektrikum durch die Elektrode ermöglichen muss. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung dieses Federelementes, sowohl von der Seite der Formulierung als auch von Verarbeitungsseite her.
Es wurden High Internal Phase Emulsions (HIPEs) aus einen wässrigen Innenphasen (75 vol%) und einer kontinuierlichen Phase aus Polyurethan-diacrylat (PUDA) und 2-Ethylhexylacrylat (EHA) hergestellt und UV-polymerisiert. Die resultierenden polymeren polyHIPEs zeigten verbundene und offenporige Strukturen, wobei die Porengrößen über die Rührgeschwindigkeit während der Herstellung der Emulsionen eingestellt wurdet. Der Elastizitätsmodul der sehr flexiblen polyHIPEs lag zwischen 0.26 und 0.62 MPa, bei einer Kompression auf 25% ihrer ursprünglichen Höhe. Untersucht wurden die Rückstelleigenschaften des Federelements in Langzeittests mit 500 zyklischen Kompressionen auf 90, 80, 60, 50 und 30% ihrer ursprünglichen Höhe dabei konnte ein unverändertes mechanisches Verhalten der flexiblen polyHIPE gezeigt werden. Außerdem wurde in anwendungsnahen, dynamischen Druckversuchen gezeigt, dass gedruckte Prototypen der polyHIPEs ein identes mechanisches Verhalten während eines 10-Stunden-Tests halten können. Die Flexibilität und das dauerhafte gute mechanische Verhalten, sowie die offenporige Struktur der polyHIPEs machen sie zu guten Kandidaten für den Einsatz als Federelement.
Um feine und komplexe Strukturen herzustellen, wurden die Emulsionen als Tinte im Siebdruck verwendet. Die Qualität der resultierenden polyHIPE Filme, z.B. Anwesenheit von Defekten und die Filmdicke, waren stark von der Viskosität der Emulsion und von der Maschenweiten des verwendeten Siebes abhängig. Die siebgedruckten Filme hatten jedoch keine ausreichend hohen Käfigwände, die für den Harvester notwendig wären. Über Emulsionen, die mit einer Spritze gedruckt und UV polymerisiert wurden, konnten hingegen polyHIPE-Käfige mit gewünschter Höhe produziert werden. Die Höhe der Käfige konnte durch die Größe der Nadeln auf den Spritzen während des Druckverfahrens gesteuert werden. REWOD-Energie Harvester- Prototypen wurden gebaut, um die Funktion der polyHIPE-Federelemente zu prüfen. Die gemessene Kapazitätsänderung der Prototypen in den Tests beweist die Funktionsfähigkeit der polyHIPEs als Federelement.
Abstract
(Englisch)
REWOD energy harvester has been designed to convert mechanical force into electronic power. In the harvester, a flexible spring element is needed to allow the cyclic wetting and dewetting of the electrodes on the dielectric. The aim of the work is to design the spring elements considering both the formulation side and the processing side.
High internal phase emulsions (HIPEs) with polyurethane diacrylate (PUDA) and 2-ethylhexyl acrylate (EHA) in the continuous phase and with 75% internal phase volume were prepared and UV polymerized. The resulting poly(merised)HIPEs exhibited interconnected and open-porous structure, where the pore sizes were controlled by the agitating speed during the preparation of the emulsions. The polyHIPEs were very flexible, characterized by elastic moduli of between 0.26 and 0.62 MPa and a maximum compressive strain of 75% of their original height. The cyclic loading / unloading tests within the strain range of 10, 20, 40, 50 and 70% of their original height demonstrated that the polyHIPEs can be cyclically compressed and recover. The constant mechanical behaviours of flexible polyHIPEs were shown. Furthermore, dynamic compression tests also demonstrated that the printed prototype of the polyHIPEs can keep the identical mechanical behaviour during a 10 hour test. The flexible and durable mechanical behaviour as well as the open-porous structure of the polyHIPEs made them good candidates for the spring element.
In order to create small and complex shapes, the emulsions were used as ink during the screen printing. The quality of the resulting polyHIPE films, e.g. presence of defects, and the film thickness were highly depended on the viscosity of the emulsions and the mesh sizes of the screens. However, the screen printed films were not high enough to form cage walls in order to use in energy harvester as spring/spacer element. Therefore, emulsions were syringe printed and UV polymerized; polyHIPE cages with desired height were therefore produced. The heights of the cages were controlled by the size of the needles on the syringes during the printing procedure, respectively. REWOD energy harvester prototypes were built to test the function of the polyHIPE spring elements. The capacitance change of the device during the applying and removal of the force indicated the flexible behaviour of the elements.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
polyHIPE emulsion templating screen printing 3D printing
Schlagwörter
(Deutsch)
polyHIPE Emulsion Templating Siebdruck 3D Printing
Autor*innen
Öztürk Hande Barkan
Haupttitel (Englisch)
Printed marcroporous polymers with complex shapes & structures
Paralleltitel (Deutsch)
Gedruckt makroporösem Polymere mit komplexen Formen und Strukturen
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
67 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alexander Bismarck
Klassifikation
35 Chemie > 35.18 Kolloidchemie, Grenzflächenchemie
AC Nummer
AC13451398
Utheses ID
38738
Studienkennzahl
UA | 066 | 658 | |