Magnetorheologische Elastomere sind eine Klasse von Smart Materials, welche elastische mit magnetischen Materialeigenschaften verbindet. Die Einbettung von magnetischen Mikropartikeln in eine Elastomermatrix führt zu einem komplexen, bisher nicht vollständig verstandenen Materialverhalten. Die Beeinflussbarkeit der mechanischen Eigenschaften mittels von außen applizierten Magnetfeldern stellt die herausragende und namensgebende Eigenschaft dieser Materialien dar. Das Verständnis der mikroskopischen Anordnung und der magnetisch induzierten Bewegung der eingebetteten Partikel bildet den zentralen Schlüssel zur Ergründung der komplexen makroskopischen Materialeigenschaften.
Um sich diesem Ziel zu nähern, wurden unterschiedlichste breitgefächerte Messmethoden auf mikroskopische und makroskopische Aspekte eines einzigen Probenmaterials angewendet. So entstand eine umfassende und skalenübergreifende Charakterisierung eines magnetorheologischen Elastomers. Kern der Experimente bildete die Analyse der Anordnung und der magnetisch induzierten Bewegung der eingebetteten magnetischen Mikropartikel mittels Röntgen-Mikrotomographie. Die tomographisch erhobenen Bilddaten ermöglichten sowohl eine Auswertung der Partikelstruktur auf Basis der Partikelgesamtheit, als auch auf Einzelpartikelbasis mit Hilfe eines Particle-Tracking. So konnten neue Erkenntnisse über den magnetisch induzierten Kettenbildungsprozess der Partikel gewonnen und skalenübergreifende Zusammenhänge zwischen mikroskopischen Partikelbewegungen und makroskopischen mechanischen Materialverhalten aufgezeigt werden.:Danksagung v
Inhaltsverzeichnis vii
Symbolverzeichnis ix
Abkürzungsverzeichnis xii
1 Einleitung 1
2 Grundlagen 8
2.1 Magnetorheologische Elastomere 8
2.1.1 Elastomermatrix 8
2.1.2 Magnetische Partikel 10
2.1.3 Magnetische Eigenschaften 11
2.1.4 Partikelstruktur und mechanische Eigenschaften 19
2.2 Mikrostrukturanalyse 22
2.2.1 Röntgentomographie 23
2.2.2 Digitale Bildverarbeitung 32
2.2.3 Statistik von Partikelverteilungen 37
3 Materialien und Methoden 39
3.1 Probenmaterial 39
3.1.1 Wahl geeigneter Materialien 39
3.1.2 Probensynthese 42
3.2 Messmethoden 44
3.2.1 Messkampagnen 45
3.2.2 Mechanische Charakterisierung 49
3.2.3 Mikrostrukturanalyse 52
3.2.4 Auswertung der Bilddaten 58
3.2.5 Vibrating Sample Magnetometrie 72
3.2.6 Begleitende Messmethoden 73
4 Ergebnisse 78
4.1 Makroskopische mechanische Eigenschaften 78
4.1.1 Elastomer 78
4.1.2 Komposit 79
viii Inhaltsverzeichnis
4.2 Partikelstruktur im Ausgangszustand 83
4.2.1 Datenlage 83
4.2.2 Geometrische Charakterisierung der Partikel 86
4.2.3 Räumliche Verteilung der Partikel 89
4.3 Partikelstruktur im Magnetfeldeinfluss 90
4.3.1 Ausrichtungsverhalten der Partikel im Magnetfeld 91
4.3.2 Einbindung der Partikel in die Matrix 93
4.3.3 Statistische Verteilung der Partikelwinkel 96
4.3.4 Partikelbewegung als Reaktion auf das lokale Feld 101
4.3.5 Partikelbewegung als Reaktion auf sukzessive Magnetisierung 114
4.3.6 Paarkorrelationsfunktionen der Partikelstruktur 123
4.4 Magnetische Eigenschaften 130
5 Zusammenfassende Diskussion 135
5.1 Gewonnene Erkenntnisse 135
5.2 Gegenseitige Beeinflussung von Partikelstruktur, magnetischen und mechanischen Eigenschaften 137
5.3 Grenzen der Messgenauigkeit und Fehlerbetrachtung 137
6 Abschließende Worte und Ausblick 140
Literaturverzeichnis I
Abbildungsverzeichnis XIII
Tabellenverzeichnis XVII
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:72528 |
| Date | 27 October 2020 |
| Creators | Schümann, Malte |
| Contributors | Odenbach, S., Kästner, M., Menzel, A., Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SPP 1681/OD 18/21//Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien |
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