guest ::
Photon energy provision for shape memory induced self-healing polymers
2024 & 2025
Dissertation, RWTH Aachen University, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-10-09
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-06242
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1015181/files/1015181.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
ionomer–rubber blends (frei) ; photothermal healing (frei) ; plasmonic nanoparticles (frei) ; self‑healing polymers (frei) ; shape‑memory effect (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540
Kurzfassung
Diese Arbeit befasst sich mit selbstheilenden Polymerwerkstoffen und adressiert dabei insbesondere die Herausforderung der Reparatur großflächiger Defekte. Dafür werden Ionomer Kautschuk Blends entwickelt, die drei Arten von Vernetzungen vereinen: kovalente Bindungen im Kautschuknetzwerk, ionische Cluster sowie kristalline Domänen im Ionomer. Die Selbstheilung beruht auf zwei Strukturerinnerungen, die mit durch Verformung bzw. durch Defekte induzierten Spannungen verknüpft sind. Nach einer Beschädigung greifen makroskopische Formgedächtniseffekte ein, die durch Tempern bei erhöhten Temperaturen größere Risse schließen. Gleichzeitig ermöglicht die Reorganisation der ionischen Cluster eine mikroskopische Heilung von Defekten im Millimeter bis Zentimeterbereich. Darüber hinaus werden Hybridfilme untersucht, die durch Einbettung plasmonischer Nanopartikel in das selbstheilende Kautschuk Ionomer Blend entstehen. Mittels Ko Fällung und Heißpressen werden vielseitig optisch strukturierbare Verbundmaterialien hergestellt. Optimierte Füllstoffkonzentrationen erlauben eine schnelle photothermische Reparatur von Kratzern und Beschädigungen, ohne die Form des Bauteils zu verändern. Ferner werden selbstheilende Ionomer Komposite mit Metallfasern über verschiedene Herstellungsrouten entwickelt; deren Perkolationsschwellen und Korrosionsbeständigkeit werden bestimmt. Eine homogene Faserverteilung, die Bestätigung der Selbstheilung durch Induktionserwärmung sowie die Nutzung der magnetischen Eigenschaften der Fasern werden gezeigt. Die beschriebenen Materialien können Schäden sowohl im Mikro als auch im Makrobereich reparieren und demonstrieren damit ihr Potenzial zur Lebensdauerverlängerung von Verbundwerkstoffen in vielfältigen Anwendungen. Zudem eröffnet der Einsatz plasmonischer Nanopartikel und Faserfüllstoffe einen nicht invasiven Erhitzungsweg, der den Selbstheilungsprozess auslösen kann und Anwendungsfelder wie Abschirmung elektronischer Geräte oder Stealth Technologien erweitert.This research focuses on self-healing polymer materials, addressing challenges, such as large-scale defect repair. We introduce ionomer–rubber blends, featuring three types of cross-links: covalent links within a rubber network, ionic group clusters, and crystalline domains in the ionomer. Self-healing relies on two structural memory types tied to deformation and defect-induced stresses. After damage macroscopic shape memory effects come into play, mending larger-scale fractures with annealing at elevated temperatures. At the same time reorganization of ionic clusters facilitates microscopic healing of defects ranging from millimeters to centimeters. The study also explores the production and photothermal healing of hybrid films, using a self-healing rubber-ionomer blend with plasmonic nanoparticles. Through co-precipitation and hot pressing, we create versatile optical imprint composite materials. Effective plasmonic filler concentrations are established, enabling rapid photothermal repair of scratches and damages while preserving the sample's shape. Self-healing ionomer and metal fiber composites were prepared through various methods, evaluating percolation thresholds and corrosion resistance. We achieve homogeneous fiber distribution, confirm self-healing through induction heating, and leverage metal fibers magnetic properties. Described materials can repair damage at both small and large scales, demonstrating the potential for enhancing the durability of composite materials in various applications. Additionally, the study explores the use of plasmonic nanoparticles and fiber fillers for non-invasive heating, which can further trigger the self-healing process and broaden the scope of potential applications in areas such as electronic equipment shielding and stealth technology.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031220817
Interne Identnummern
RWTH-2025-06242
Datensatz-ID: 1015181
Beteiligte Länder
Germany
|
The record appears in these collections: |