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Bei mechanischem Druck elektrische Spannung

Physiker untersuchen Entwicklung und Einsatz von Polymeren

sowie die Entwicklung neuer, in der Regel pola­rer piezoelektrischer Polymere. ; Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit porö­sen Polymeren, die bis zu zehn mal größere piezoelektrische Effekte aufweisen als die nicht porösen Materialien. Dazu werden den Polyme­ren während der Herstellung der Polymerfolien kristalline Zusatzstoffe, wie Kalziumkarbonat, beigesetzt: Beim anschließenden Auseinan­derziehen der Polymerfolien erfolgt ein Aufrei­ßen der Polymerfolien im Bereich der eingela­gerten Zusatzstoffe, wodurch linsenförmige Hohlräume von 10 bis 100 Mikrometer Länge und ein bis fünf Mikrometer Höhe erzeugt wer­Was hier wie eine verödete Berglandschaft aussieht, ist in Wirklichkeit ein Schnitt den. In diesen Hohlräumen wird durch elektri­sche Aufladung der äußeren Polymeroberflä­chen eine Ladungstrennung sowie Speicherung dieser Ladungen an den Oberflächen der Hohl­räume hervorgerufen. So präparierte Polymere zeigen eine piezoelektrische Aktivität von etwa 500 Pikocoulomb pro Newton, zehn mal mehr als die polaren, nicht porösen Materialien und ermöglichen so eine enorme Erhöhung der Sen­

durch eine Polymerfolie aus zellulärem Polypropylen.

Poröse piezoelektrische Polymere stehen im Mittelpunkt der Arbeiten an der Professur„Angewandte Physik kondensierter Materie“. Diese Materialien erzeugen unter Druck eine elektrische Spannung und sind damit ideal geeignet für den Einsatz in Drucksensoren, Tastaturen oder Ultraschallgeräten, zum Beispiel für Medizin und

Meerestechnik.

eben der passiven Nutzung von Polyme­N= zum Beispiel als Isolations-, oder

Konstruktionsmaterial, werden diese zunehmend als aktive Materialien in Sensor­oder Aktorkonzepten eingesetzt. Basierend auf der Eigenschaft mancher Polymere, bei Tempe­raturänderung eine elektrische Spannung zu erzeugen(pyroelektrische Polymere), wurden Infrarotdetektoren entwickelt.

Das größte Anwendungspotential haben akti­ve Polymere jedoch auf Grund ihrer spannungs­erzeugenden Eigenschaften bei der Nutzung als elektromechanische Wandler, zum Beispiel als strukturierte Drucksensoren und Aktoren, Mikrofone, Lautsprecher, Tastaturen sowie Ultra­schallsensoren für Anwendungen in der Medi­zin und in der Meerestechnik.

Diese Entwicklung setzte im Jahr 1971 mit der Entdeckung der so genannten piezoelektri­scher Eigenschaften am Material Polyvinyliden­fluorid ein. Es folgten eine stetige Verbesserung der Präparations- und Fertigungsbedingungen, die Untersuchung der physikalisch-chemischen Grundlagen der piezoelektrischen Aktivität

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sitivität von Sensoren.

Die Arbeiten an der Professur„Angewandte Physik kondensierter Materie“ konzentrieren sich mit Förderung der Europäischen Union und des Bundesministeriums für Wirtschaft auf die Entwicklung neuer sowie auf die Nutzung

. bereits vorhandener poröser piezoelektrischer

Polymere. Dabei werden Technologien zur Her­stellung poröser Polymere sowie zu ihrer elektri­schen Aufladung erforscht und optimiert. Ein wesentlicher Schwerpunkt besteht in der Unter­suchung der Ursachen der hohen piezoelektri­schen Aktivität poröser Polymere, insbesondere der elektrischen Aufladung sowie dem Einfluss mechanischer Eigenschaften. Basierend auf den strukturellen Besonderheiten der porösen Poly­mere, etwa einer guten akustischen Ankopplung an Luft, erfolgt in Kooperation mit industriellen Unternehmen die Entwicklung neuartiger elektromechanischer Wandler, zum Beispiel großflächiger Lautsprecher, einhergehend mit Arbeiten zur Präparation dünner Schichten zur Kontaktierung polymerer Wandlermaterialien und zur elektronischen Beschaltung von Wandlern.

Michael Wegener

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Dr. Michael Wegener arbeitet an der Professur „Angewandte Physik kondensierter Materie“ im Institut für Physik der Universität

Potsdam.

Foto: Fritze