n POLYMERKEMI Hvornår bryder en kunstig muskel sammen? Simulering af termiske sammenbrud i dielektriske elastomerer Dielektriske elastomerer kan blandt andet bruges til kunstige muskler, højttalere og til at udvinde energi fra havbølger. Ved brug af dielektriske elastomerer genereres varme grundet den elektriske modstand i materialet, hvilket kan lede til, at materialet bryder sammen. Tre essentielle parametre påvirker sammenbruddet af dielektriske elastomerer. Af Line Riis Madsen, Ole Hassager og Anne Ladegaard Skov, Dansk Polymer Center, Institut for Kemiteknik, DTU Modellering af varmestrømme er typisk interessant i større kemiske anlæg og rørføringer, men det kan også bruges til at forudsige, hvornår en kunstig muskel vil bryde sammen. Dielektriske elastomerer er en interessant teknologi, der både kan bruges til kunstige muskler og til at udvinde energi fra havets bølger. Materialet har vist sit potentiale til en lang række anvendelser, men der forskes stadig i at optimere levetiden af materialet. Muskler eller bølge-energi-høstere En dielektrisk elastomer består af en tynd elastisk polymerfilm, nærmere bestemt en elastomer, sammenklemt imellem to fleksible Dielektriske elastomerer består af en tynd elastisk polymerfilm (en elastomer), sammenklemt imellem to fleksible elektroder. Når der påføres en elektrisk spænding over elektroderne, vil de to modsatrettede elektroder tiltrække hinanden, hvilket resulterer i, at elastomeren tyndes, men udvides i areal. Når den elektriske spænding kobles fra igen, vil materialet vende tilbage til sin originale form. elektroder. Silikone er et af de mest populære materialer til dielektriske elastomerer, da det har en høj effektivitet og pålidelighed og en hurtig reaktionstid. Elektroderne består af et ledende materiale, hvilket ofte er ædelmetaller såsom guld eller sølv. Når der påføres en elektrisk spænding henover elektroderne, vil elektriske ladninger ophobes på elektroderne, hvorved den ene elektrode bliver positivt ladet og den anden negativt ladet. Disse to modsatladede elektroder vil tiltrække hinanden, hvilket resulterer i, at elastomeren mindskes i højden, men da den er inkompressibel, udvides den tilsvarende i areal. På denne måde omdannes elektrisk energi til mekanisk energi, der kan bruges til diverse produkter såsom kunstige muskler eller højttalere [1]. Når den elektriske spænding kobles fra, vil elastomeren genfinde sin originale form. Dielektriske elastomerer kan også bruges til at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi såsom at udvinde energi fra havbølgers bevægelse [2]. Dette gøres ved at strække materialet og derefter påføre en spænding over elektroderne. Når elastomeren derefter relakserer, vil de mekaniske kræfter arbejde imod de elektriske kræfter, og derved øges den elektriske energi i materialet. Den overskydende elektriske energi kan herefter høstes. Materialet brænder sammen Dielektriske elastomerer kan udformes i en bred vifte af konfigurationer. De kan bl.a. rulles, udformes til rør, påføres til en fast ramme eller fastgøres til et fast underlag. Ydermere kan de også arrangeres i en lagdelt struktur med skiftende elastomer og elektrodelag, som det ses af figur 1. Dette gøres for at øge den mekaniske kraft, der opnås ved aktivering. Antallet af lag i en stak af dielektriske elastomerer afhænger 12 dansk kemi, 98, nr. 10, 2017
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her