See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9236
ETF9236 (ETF9236) "Juhtivpolümeeridel põhinevate komposiitmaterjalide arendamine ja karakteriseerimine elektromehhaaniliste rakenduste jaoks (1.01.2012−31.12.2015)", Tarmo Tamm, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituut.
ETF9236
Juhtivpolümeeridel põhinevate komposiitmaterjalide arendamine ja karakteriseerimine elektromehhaaniliste rakenduste jaoks
Development and characterization of conducting polymer based composite materials for electromechanical applications
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP401 Elektrokeemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaT390 Polümeeride tehnoloogia, biopolümeerid 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.20128 496,00 EUR
01.01.2013−31.12.20138 496,00 EUR
01.01.2014−31.12.20148 496,00 EUR
01.01.2015−31.12.20158 496,00 EUR
33 984,00 EUR

Käesoleva projekti peamine eesmärk on viia juhtivpolümeeridel põhinevate elektroaktiivsete polümeersete materjalide areng kvalitatiivselt uuele tasemele nii aktuaatorite kui mehhaanilis-elektriliste sensorite valdkonnas. Eesmärk on jõuda põhimõttelise tõestusest reaalsete praktiliselt kasutatavate materjalideni. Eesmärgi saavutamiseks kasutatakse kogu teadmistepagasit ja hetkel parimaid saadaolevaid lahendusi IPMCde ja süsinikul põhinevate materjalide valdkonnast, kombineerides neid teadmistega juhtivpolümeeride (JP) kohta. Viimaste hulka võib lugeda ka meie aastatepikkuse juhtivpolümeeride uurimisel saadud kogemused ioonide liikuvuse ning sünteesitingimuste ja struktuuri/omaduse seoste osas ning uudsete sünteesimeetodite kasutamise. Töötamine koos gruppidega, kes arendavad süsinik-polümeer-komposiitseid elektroaktiivseid materjale, arendavad nende füüsikalisi mudeleid ja omavad võimalust neid materjale ekstreemsetes tingimustes testida annavad hea aluse loota edasiminekut. Mõningad metoodikad, millele on kavas tähelepanu pöörata on: arendada läbipõimunud polümeerivõrkude tehnoloogiat keemiliselt ja elektrokeemiliselt sünteesitavate juhtivpolümeeride ning elastsete polümeerimaatriksitega. Kui mõningate JPde puhul on probleemiks vähene maksimaalne jõud, mille vastu aitab jäigem karkass (nt PEDOT), siis polüpürrool (PPy) on vastupidi liiga jäik ning seda tuleb plastifitseerida suurema liigutuse ulatuse saavutamiseks. Keemiliselt sünteesitud komposiidile elektrokeemiliselt sünteesitud (ja parema juhtivusega) kihi lisamine peaks välistama vajaduse kasutada metallist elektroode (ja ühtlasi nendega seotud probleemid). Arvutijuhtimisega läbivoolu-raku süsteemi kasutamine kihiliste ja läbipõimunud plastifitseeritud komposiitide sadestamiseks võimaldab nende struktuuri ja omadusi laiades piirides täpselt kontrollida. Üliõhukestest juhtivpolümeeri ja iooni-reservuaari kihtidest koosnevate kihiliste komposiitide arendamine peaks võimaldama konstrueerida kasutuskõlbliku liigutuse ulatusega lineaarseid aktuaatoreid. Katmistehnoloogia arendamine komposiitide keskkonnast isoleerimiseks peaks võimaldama lahendada solvendi aurumise ja/või materjali väliste osakestega saastumise probleemid. Kogu arendustöö on planeeritud etapiviisilisena, kus elektromehhaanilised ja materjali karakteriseerimise eksperimendid annavad tagasisidet sünteesi optimeerimiseks.
The main goal of the present project is to advance the development of conducting polymer based electroactive polymer materials onto a qualitatively higher level for use both as actuators and mechano-electrical sensors. The aim is to advance these materials from proof-of-concept objects to usable and practical materials. The goal is to be achieved by putting together the state-of-the art solutions from IPMCs and carbon-based materials, combine them with the knowledge of conducting polymers (CPs). The latter including our years of experience in researching the ion mobility and synthesis condition – structure/property relations of CPs, and the introduction of novel synthesis methods. Working in close collaboration with teams developing carbon based electroactive materials, developing physical models, and possibility to test the applicability of these materials in extreme conditions is a promising combination for advancement. Some of the methodologies to be investigated include developing inter-penetrated networks of chemically and electrochemically synthesized conducting polymers and soft polymer matrices. While some CPs lack maximum force and need a more rigid structure (like PEDOT), polypyrrole (PPy) based materials tend to be too stiff and require plasticizing. Adding a layer of electrochemically synthesized polymer on top of the chemically produced composite should improve conductivity and make the use of metal electrodes (and problem related to them) unnecessary. Use of computer-controlled flow- cell systems for the electrodeposition of layered and interpenetrated plasticized composites enables allows fine-tuning the structure and properties of these composites. Developing stacked composites of variably tuned ultrathin CPs and ion-reservoir layers should enable to construct linear actuators with usable strains. Developing sealing methods for insulating the composites from the environment should solve the problems of solvent evaporation and/or contamination of the material with external species. The whole development is planned as a step-wise process with feedback from electromechanical measurements and material characterization. Required qualified staff, technical basis, as well as intra-faculty and international collaboration are in place.
Projekti peamine eesmärk on viia juhtivpolümeeridel põhinevate elektroaktiivsete polümeersete materjalide areng kvalitatiivselt uuele tasemele, eelkõige erinevate täiturite valdkonnas. Seniste materjalidega võrreldes oli vaja parandada aktuaatorite liigutuse ulatust ning töökiirust, samuti nende stabiilsust ja kontrollitavust. Projekti käigus avaldati 10 teadusartiklit, mille tähtsamad tulemused on: • töötati välja uudne õhus opereeritavate metallivabade juhtivpolümeersete komposiitsete aktuaatorite keemilis-elektrokeemilise sünteesi meetod. Erinevaid juhtivpolümeere kombineerides õnnestus valmistada aktuaatoreid fokusseeritud omadustega, olgu selleks juhtivus, liigutuse ulatus või kiirus • Loodi mitmeid erineva struktuuri ja koostisega juhtivpolümeeridel ning nanostruktuursel söel põhinevaid komposiite, mis ületavad varasemaid materjale stabiilsuselt ning aktuatsiooni ulatuse ja/või jõu poolest. Valmistati nii lineaarse kui painutusliku liigutusega aktuaatoreid, nii lahuses kui õhus töötamiseks. Eriti heade omadustega oli karbiidsel söel ja polüpürroolil põhinev komposiit, mis paistis silma väga heade mehhaaniliste omaduste ning suure liigutuse ulatusega • Avastati mitmeid uusi ioonide polümeeris liikuvust kontrollivaid seaduspärasusi nii lahuste kui ioonsete vedelike korral, sealhulgas mitmeid seniste tõekspidamistega vastuolus olevaid fakte. Nii sõltub iooni liikuvus polümeeris lisaks tema mõõtmetele ka tema keemilisest olemusest ja laengutihedusest, samuti ümbritseva polümeeri struktuurist, mille omakorda määrab sünteesitingimuste valik, sealhulgas olulisena algse sünteesilahuse elektrolüüt. • Avastati eriliste omadustega elektrit juhtiv puhtast juhtivpolümeerist hüdrogeel, millest on võimalik valmistada ka aerogeel. Need materjalid on suure eripinnaga, bioühilduvad ning eriliste laengu- ja ioonide transpordi omadustega. • Analüüsiti elektroaktiivsete polümeeride keskkonnast eraldamise võimalusi kapseldamise teel, töötati välja kaks erinevat kuid võrdselt head meetodit töökindla ning seadme tööd vähe taksitava kapsli valmistamiseks.