Gerichtete MWCNT/Polypyrrol Hybride als Material für anisotrope Aktuatoren

In dieser Arbeit wird die Herstellung vertikal und horizontal gerichteter Multi Walled Carbon Nanotube (MWCNT)/ Polypyrrol Hybride beschrieben und die richtungsabhängige Aktuation untersucht. Die für die Aktuation verantwortliche Komponente des Hybrids ist hierbei das Polypyrrol; bei geringen Potentialdifferenzen und Strömen wird das Polymer reversibel reduziert bzw. oxidiert. Dieser Vorgang wird begleitet vom Aus- bzw. Eindiffundieren solvatisierter Ionen aus der umgebenden Elektrolytlösung in die Polymermatrix, das Volumen des Polymers schwillt bzw. zieht sich zusammen. Da Polypyrrol bereits unter physiologischen Bedingungen aktiv ist, kann als möglicher Anwendungsfall bspw. die Verwendung als Mikroaktuators für implantierbare Mikrodosiersysteme mit einer Funktionsweise ähnlich derjenigen eines Schließmuskels beschrieben werden.
Die MWCNTs übernehmen im Hybrid die Rolle einer eingebetteten Elektrode und sorgen für eine gleichmäßige Ladungsverteilung. Gleichzeitig induzieren sie, bedingt durch ihre hohe Steifigkeit in Richtung des MWCNT Orientierung und durch ihre Nanostrukturierung, eine Richtungsabhängigkeit in die Aktuation des Hybrids. Die Kontraktion bzw. Dehnung parallel zur MWCNT Orientierung wird fast vollständig unterbunden.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Hybride dienen vertikal gerichtete Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT), die mittels Gasfluss CVD Prozess hergestellt werden. In einem mechanischen Umformvorgang können die vertikal orientierten MWCNTs unter gleichzeitiger Verdichtung in horizontal orientierte Buckypaper überführt werden. Anschließend wird in einer Elektropolymerisationsreaktion jedes einzelne der MWCNTs mit einer dünnen Schicht (~ 20 nm) Polypyrrol als aktives Polymer beschichtet. Die relative Orientierung der MWCNTs zueinander bleibt während der Beschichtung mit Polypyrrol erhalten. Zusätzlich zur Aktuation werden die mechanischen Eigenschaften der Hybride, insbesondere die Zug- und Drucksteifigkeiten, erfasst und die Hybride hinsichtlich ihrer elektrochemischen Eigenschaften charakterisiert.