Untersuchung der piezoresistiven Eigenschaften in carbonfaserverstärkten Elektroden von dielektrischen Elastomeraktoren

Abstract

Die weiche Robotik ist ein sich schnell entwickelnder Bereich, und dielektrische Elastomeraktoren (DEAs) haben sich als vielversprechend im Bereich der Aktorkonzepte herausgestellt. Ein neuartiger Ansatz zur Steigerung der Kraftwirkung der DEAs besteht darin, anisotrope Schichten, wie beispielsweise Fasern, in die Aktoren zu integrieren. Insbesondere Carbonfasern zeichnen sich durch ihre hohe Steifigkeit und elektrische Leitfähigkeit aus und dienen nicht nur als effektive Verstärkung, sondern können auch als Material für die Elektroden der Aktoren genutzt werden. Darüber hinaus lassen sich die Elektroden der DEAs zur Selbstüberwachung nutzen, indem sie zusammen mit dem Dielektrikum als resistive oder kapazitive Sensoren eingesetzt werden. Trotz der verschiedenen Methoden, die für die Implementierung von Sensor- und Regelungsfunktionen vorgeschlagen wurden, gibt es noch eine Lücke im Verständnis der piezoresistiven Eigenschaften von carbonfaserverstärkten DEAs. In dieser Arbeit werden diese für carbonfaserverstärkte und kohlenstoffpartikelbasierte Elektroden untersucht, um den Unterschied zwischen konventionellen und den neuen, verstärkten Elektroden zu vergleichen. Ein wesentliches Ergebnis der Untersuchung ist die unerwartete inverse piezoresistive Kopplung der carbonfaserverstärkten Elektroden nach einem ersten Belastungszyklus. Dieses antipropotionale Dehnungs-Widerstandsverhalten ist im Anschluss über die weiteren Zyklen ebenfalls vorhanden. Darüber hinaus dominiert der geringere spezifische Widerstand der Carbonfasern das gesamte Widerstandsverhalten der Elektroden gegenüber dem reinen, partikelgefüllten Elastomer.