Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Modellierung und experimentelle Verifizierung von Polyurethan/Blei-Zirkonat-Titanat-Kompositen für Sensor- und Aktuatoranwendungen

R. Farhan

In diesem Schreiben wird ein neues Modell vorgeschlagen, das das piezoelektrische und elektrostriktive Verhalten verbindet, um die Polarisationsleistung von Verbundpolymeren zu minimieren. Die Entwicklung dieses Modells ermöglicht die Vorhersage der Energiegewinnungsfähigkeiten eines elektrostriktiven Verbundwerkstoffs. Um die dielektrische Permittivität von elektrostriktiven Polymeren zu verbessern, wurden PZT-Partikel eingearbeitet, um die Umwandlungseffizienz des Verbundwerkstoffs zu erhöhen. Dielektrische Charakterisierungstests zeigten eine Erhöhung der dielektrischen Permittivität um den Faktor 4,5 im Vergleich zu reinem Polymer. Experimentelle Messungen der gewonnenen Leistung bestätigen das theoretische Modell und zeigen eine gute Korrelation zwischen den beiden Daten. Es wurde ein äquivalentes elektrisches Schema entwickelt, das die Modellierung der beiden Verhaltensweisen ermöglicht. Die gewonnene Leistungsdichte bei niedriger Frequenz bei 2 % Dehnung kann 0,3 μW/cm3  für 33 % PZT ohne Polarisationsfeld erreichen. Die Energiegewinnungseigenschaft dieses Materialverbundwerkstoffs bietet großes Potenzial für viele energieautarke Anwendungen wie drahtlose Sensornetzwerke und das Internet der Dinge.