Angewandte Polymerchemie – Institut für Anorganische Chemie

Elastomere, auch als Gummi bezeichnet, spielen sowohl im täglichen Leben als auch in den Bereichen des Maschinenbaus, der Mobilität, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik der Elektroindustrie und in der Baubranche eine entscheidende Rolle. Die AG Giese bearbeitet Fragestellungen der Elastomerchemie, insbesondere die physikalische und chemische Charakterisierung, mit dem Ziel Polymerwerkstoffe und deren Verarbeitung zu optimieren. Dies umfasst sowohl Rohstoffe als auch Elastomere bis hin zu komplexen Verbundwerkstoffen. Eine besondere Rolle spielen auch umweltrelevante Aspekte.
Prof. Dr. Giese ist Leiter des eng kooperierenden Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e. V. (DIK).

Unsere Forschung im Detail

Elektrodenmaterial

DIK e.V.

Förderung

Entwicklung und Charakterisierung von Elektrodenmaterial für Flowtrode-Elektroden

Darstellung der elektrischen Leitfähigkeiten unterschiedlicher Materialien bei 1 Hz.

Um die Zeitspanne zwischen der Entwicklung neuer Medikamente und deren Markteinführung zu verkürzen, wurden im Rahmen dieses Projektes Elektroden entwickelt, welche die hochauflösende multimodale Hochkanal-Elektrophysiologie (EEG) mit der Mikrodialyse zusammenführen. Durch die Kopplung dieser Daten werden nicht nur der benötigte Zeitaufwand für Wirksamkeitsstudien sowie die damit verbundenen Kosten verringert sondern gleichzeitig auch die Anzahl der erforderlichen Tierversuche reduziert.
Im Teilvorhaben des DIK wurde das Material für die hochleitfähigen Elektroden bestehend aus einer biokompatiblen Silikonmatrix (Polydimethylsiloxan) und Carbon Nanotubes (CNT) als leitfähigem Füllstoff entwickelt. Die Anforderungen an das Elektrodenmaterial bestehen dabei im Erreichen einer extrem hohen Leitfähigkeit um neuronale Signale zu transportieren bei gleichzeitiger Flexibilität der Elektrode, um sich der Anatomie des Hirns anzupassen. Zu erreichen war dies durch die Optimierung der Dispersion der CNTs, da auf diese Weise die Perkolationsschwelle (Konzentration, ab der Leitfähigkeit besteht) drastisch gesenkt werden konnte. Diese Reduzierung der CNH-Konzentration führt gleichsam zu einer Minimierung der mit der Zugabe von Füllstoffen verbundenen Verstärkung, so dass das Elektrodenmaterial leitfähig und flexibel zugleich ist.

Vor dem Hintergrund der hohen interpartikulären Wechselwirkungen der CNTs und der damit verbundenen Neigung zur Agglomeratbildung, war das Erreichen optimaler Dispersion eine große Herausforderung. Im Laufe des Vorhabens wurde zunächst der Mischprozess optimiert, um über mechanische Kräfte die CNT-Agglomerate aufzubrechen. Eine weitere Erhöhung der Dispersion konnte durch die Verwendung von Hybridmaterialien u. a. bestehend aus CNT und Silica als zugegebenen Füllstoffen erreicht werden (Abb.). Anschließende Verfahren der Vordispergierung der CNTs konnten die Perkolationsschwelle auf 0,1 Gew% CNT absenken.
Zur Sicherstellung der toxikologischen Unbedenklichkeit der Elektrode ist es weiterhin unabdingbar, dass die CNTs eine gute Bindung ans Silikon aufweisen. Dies konnte durch die Änderung der Polarität durch Oberflächenfunktionalisierung der CNTs erreicht werden.

Das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie e. V. (DIK e. V.) und die ausgegliederte DIK-Prüfgesellschaft mbH bilden zusammen das DIK mit Sitz in Hannover. Beide Institutionen kooperieren in der angewandten Polymerchemie eng mit dem Institut für Anorganische Chemie über die Personalunion von Herrn Prof. Dr. Ulrich Giese. Während die Prüfgesellschaft die Durchführung von Prüfungen und industrieller Auftragsforschung auf den Gebieten polymerer Materialien sowie der Kunststoff- und Kautschuktechnologie zur Aufgabe hat, ist der e.V. eine gemeinnützige außeruniversitäre, wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung.

Deutsches Institut für Kautschuktechnologie e. V.

Forschungsprojekte

Die aktuellen Forschungs und Arbeitsschwerpunkte sind Sustainability, Lebensdauer/Alterung, Hochleistungswerkstoffe und Komposite mit anpassbaren Eigenschaften, Verbundsysteme, Bauteilsimulation, Medizintechnik, Mobilität, und Sensorik.
Forschungsprojekte des DIK sind in der Regel über AiF, BMBF, DKG, DFG oder andere öffentliche Stellen geförderte Vorhaben. Hinzu kommt ein hoher Anteil von bilateral bzw. kon sortial geförderte Industrieprojekte mit hoher Vertraulichkeit. Die Anzahl der bearbeiteten Projekte liegt bei ca. 50 im laufenden Jahr. Forschungsthemen sind z.B. Alterung, Vernetzung, Bruchmechanik, Reibung (Reifen/Untergrund, bzw. Gummi/Stahl), Plasma-Behandlung von Oberflächen, Recycling, Finite Element Analyse, 3D-Druck von Elastomeren.
Aus- und Weiterbildung

Neben der Forschung führt der DIK e. V. ein umfangreiches Aus- und Weiterbildungsprogramm auf unterschiedlichstem Niveau für die Gummiindustrie durch. Seit 1985 ist der DIK e. V. die ausführende Institution des in Kooperation mit der Leibniz Universität Hannover und dem Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie (WDK) angebotenen Weiterbildungsstudiums Kautschuktechnologie.