Künstlerische Darstellung der semi-kristallinen Matrix von PVDF

Polymeric Nanocomposites for wearable autonomous energy supplies

Das PRINCESS Projekt

Abhängigkeit von Batterien

Der gesamte Markt für mobile und tragbare Geräte leidet unter einem großen Problem, nämlich der Abhängigkeit von Batterien. Besonders in Szenarien mit intelligenter Kleidung (smart clothing) ist es sehr wünschenswert, flexible drahtlose Sensorsysteme mit autonomer Stromversorgung zu haben. Um solche autarken Systeme zu realisieren, werden sowohl eine Energieversorgung als auch ein Energiespeicher benötigt. Polymermaterialien sind eine vielversprechende Materialklasse sowohl für die Energieerzeugung als auch für die Speicherung, während sie gleichzeitig eine zentrale Eigenschaft für tragbare Anwendungen aufweisen: sie sind mechanisch flexibel.

Materialien

Piezoelektrische Polymere wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) und seine Co-polymere wie P(VDF-TrFE) haben sich wiederholt als gute Wahl für die Energiegewinnung erwiesen. Darüber hinaus können PVDF-basierte Kondensatoren als Energiespeicher mit begrenzter Kapazität genutzt werden. Auch auf Nanocellulose (NC) basierende Materialien zeigen ein erhebliches Potenzial in Bezug auf diese Anwendungen.

Die dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften dieser Materialien können oft nur bedingt gut angepasst werden, können jedoch durch die Einbettung von high-k oder piezoelektrischen Nanopartikeln (wie TiO2 oder BaTiO3) in die Materialmatrix erheblich verbessert und maßgeschneidert werden. Eine große Herausforderung bei der Integration von Nanopartikeln ist die Grenzfläche zwischen Material und Nanofüllstoff.

Ziele

PRINCESS ist eine Kooperation der TU Wien, der Shanghai University, V-trion GmbH textile research und Grabher Günter Textilveredlung GmbH. Die beiden akademischen Partner untersuchen dabei das Potenzial von Nanokompositen auf PVDF- und Nanozellulosebasis. In beide Polymermaterialien werden unbehandelte, funktionalisierte und mit Nanozellulose beschichtete Nanopartikel (Nanozellulose wirkt wie ein „Kleber“ zwischen der Polymermatrix und den Nanopartikeln) eingebettet. Die resultierenden Nanokompositschichten werden hinsichtlich ihrer mechanischen, elektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften charakterisiert. Erstmals werden diese Untersuchungen für Nanozellulosefolien durchgeführt. Im Projekt werden beide Nanokomposite miteinander und mit handelsüblichen PVDF-Folien verglichen, um ihr Potenzial für tragbare Anwendungsszenarien zu bewerten. Grabher Günter Textilveredlung GmbH wird dann zusammen mit V-trion GmbH textile research die Herstellungsprozesse entwickeln, um die Nanokompositmaterialien in tragbare Geräte zu implementieren.

Associate Prof. Dipl.-Phys. Dr.techn. Michael Schneider

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Fördergeber

This project is funded by the Federal Ministry for Climate Action, Environment, Energy, Mobility, Innovation and Technology, BMK and is carried out as part of the Production of the Future program.