Gefüllte sensitive Hydrogele: Synthese und Anwendung in Aktor-Sensor-Systemen
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Dresden
TUDpress
2012
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I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS I X
ABBILDUNGSVERZEICHNIS X
TABELLENVERZEICHNIS X I V
I. E I N L E I T U N G 1
1. M O T I V A T I O N 2
2. ZIELSTELLUNG 3
3. KENNTNISSTAND 6
3.1. SENSITIVE HYDROGELE 6
3 . 1 J . ALLGEMEINE GRUNDLAGEN C
3.1.2. BEISPIELE FUER DIE ANWENDUNG VON HYCLROGELEN 15
3.2. NAUOPARTIKEL ALS FUELLSTOFFE FUER SENSITIVE HYDROGELE 17
3.2.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 17
3.2.2. GEFUELLTE THERMOSENSITIVE HYDROGELE - POLYMERUANOKOMPOSITE 19
II. T H E O R E T I S C H E G R U N D L A G E N 2 4
4. VERWENDETE MATERIALIEN 2 5
1.1. POLYMERE 25
1.1.1. HYDROXYPROPYLCELLULO.SE 25
4.1.2. POLY( L-VINYLPYRIDIN) 26
4.1.3. POLY(N-LSOPROPYLACRYIAMID) 27
4.1.4. POLY(VHIYLALKOHOL) 28
4..1.5. POLY(ACRYLSAEURE) 28
4.1.6. POLY(VINYLALKOHOL)/POLY(ACRYLSAEURE)-BLEND 29
4.2. FUELLSTOFFE 30
4.2.1. MAGNETIT 30
4.2.2. CHROMDIOXID 31
4.2.3. NEODYM-EISEN-BOR 32
I I I
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IMAGE 2
INLTNL TS VER/J .ICHNIS
4.2.4. BARIUINTITANAT 33
4.2.5. GOLDNANOPARTIKEL 35
5. VERNETZUNG SENSITIVER POLYMERE 3 8
5.1. CHEMISCHE VERNETZUNG 38
5.1.1. HYDROXYPROPYLCELLULOSE -*8
5.1.2. POLY(NMSOPROPYLACRYLANIID) 30
5.3.3. POL ( UNYLALKOHOL}/POLY(ACRYLSAE.URE) 41
5.2. PHOTOCHEMISCHE VERNETZUNG - POLY(N-JSOPROPYLACRYLAMID) 41
5.3. STRAHLENCHEMISCHE VERNETZUNG 42
5.3.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 43
5.3.2. ELEKTROUENSTRAHLVERNETZUNG ZUR ERZEUGUNG FLAECHIGER HYDROGELE . .
. 40
5.3.3. STRAHLENCHEMISCHE ERZEUGUNG VON HYDROGELSTNIKTUREN I M NM-BEREICH
47
6. SENSORIK 4 9
6.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 40
6.2. HYDROGELBASIERTE SENSOREN 50
6.3. MESSPRINZIP EINES MAGNETFELDSENSORS 53
6.3.1. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 53
6.3.2. HALL-ETFEKT 54
6.3.3. GIANT MAGNETORESISTANCE-EFFEKT; 56
6.4. DEMONSTRATORENTWURF 58
6.4.1. HALL-SENSOREN 58
6.4.2. GMR-SENSOREN 50
III. E X P E R I M E N T E L L E G R U N D L A G E N 6 1
7. DARSTELLUNG DER MAGNETISCHEN NANOPARTIKEL 6 2
7.1. SYNTHESE DER ANORGANISCHEN NANOPARTIKEL 62
7.1.1. MAGNETIT 62
7.1.2. GOLDNANOPARTIKEL 62
7.2. GEKAUFTE ANORGANISCHE NANOPARTIKEL 63
8. DARSTELLUNG DER SENSORISCHEN SCHICHTEN 65
8.1. ZYLINDER 66
8.1.1. HYDROXYPROPYLCELLULOSE 66
8.1.2. POLY(N-ISOPROPYLACRYLAMID) 67
8.2. SPHAERISCHE HYDROGELE - POLY(N-LSOPROPYLACRYUUNID) 67
5.3. FREITRAGENDE FILME 68
8.3.1. HYDROXYPROPYLCELLULOSE 60
8.3/2. POLY(N-ISOPROPYLACRYLAMID) 60
8.3.3. POLY(VINYLALKOHOL)/ POLY(AERYLSAEURE) 70
I V
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
8.4. ALLGEBUNDENE SCHICHTEN 71
8.4.1. SPRAY COATING 71
SPIN COATING 72
8.5. ANGEBUNDENE STRUKTUREN 74
9. DARSTELLUNG DER ELEKTRONISCHEN SCHICHT 7 8
9.1. HALL-KREUZ 78
9.2. GMR-SENSOR 79
10. CHARAKTERISIERUNG DER CHEMISCHEN S C H I C H T 8 1
10.1. QUANTITATIVE ANALYSEVERFAHREN - SOL-GEL-ANALYSE 81
10.2. THERMISCHE ANALYSE VERFUHREN 81
10.2.1. THERNIOGRAVIMETRISEHE ANALYSE 81
10.2.2. DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY 83
10.3. MIKROSKOPISCHE ANALYSEVERFAHREN 84
10.3.1. OPTISCHE MIKROSKOPIE 84
10.3.2. ATOMIC FORCE MICROSCOPY 84
10.4. SPEKTROSKOPISCHE ANALYSEVERFAHREN 85
10.4.1. REFLEKTOMETRISCHE INTERFERENZSPEKTROSKOPIE 85
10.4.2. ELLIPSORNETRIO 8G
11.CHARAKTERISIERUNG DER ELEKTRONISCHEN S C H I C H T 8 8
11.1. HALL-KREUZ 88
1,1.2. G M R-SENSOR 88
IV. ERGEBNISSE U N D DISKUSSION 8 9
12.VORUNTERSUCHUNGEN MAGNETISCHE NANOPARTIKEL 9 0
13.VORUNTERSUCHUNGEN SENSORISCHE S C H I C H T 9 2
13.1. ZYLINDER 92
13.1.1. HYDROXYPROPYLCELLULOSE 92
13.1.2. POLY(IVLSOPROPYLACRYLAMID) 102
13.2. SPHAERISCHE HYDROGELE - POLY(N-ISOPROPYLACRYLAMID) 104
13.3. FREITRAGENDE FILME 113
13.3.1. HYDROXYPROPYLCELLULOSE 113
13.3.2. POLV(N-LSOPROPYLACRYLAMID) 118
13.3.3. POLY(VIRIYUILKOHOL)/POLY(ACRYLSAEURE)-BLEND 121
13.4. ANGEBUNDENE SCHICHTEN 123
13.4.1. BESTRAHLUNG TROCKENER, FREITRAGENDER FILME 1.23
13.4.2. BESTRAHLUNG ANGEBUNDENER SCHICHTEN 124
V
IMAGE 4
II I IML TSVERZEICH NIS
13.5. ANGEBUNDENE STRUKTUREN 120
13.5.1. STRUKTURIENING VON HYDROGEL-MONOSCHICHTEN .126
13.5/2. STRUKTURIERUUG VON HYDROGEL-MULTISCHICHTEN 128
13.5.3. STRUKTURIENING VON GEFUELLTEN HYDROGEL-MONOSCHICHTEN 129
14. VORUNTERSUCHUNGEN ELEKTRONISCHE S C H I C H T 130
14.1. HALL-KREUZ 130
14/2. G M R - S T R U K T U R 130
15. A U F B A U UND T E S T DER SENSORDEMONSTRATOREN 140
15.1. HALL-SENSOR 140
15.1.1. TESTEN DES QUELLSENSORS OHNE HYDROGELSCHICHT, 140
15.1/2. TESTEN DES QUELLSENSORS M I T HYDROGELSCHICHT 143
15/2. G M R-SENSOR 145
15.2.1. TESTEN DES QUELLSENSORS OHNE HYDROGELSCHICHT. 145
15/2.2. TESTEN DES QUELLSENSORS M I T HYDROGELSCHICHT 140
16. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 148
V . A N H A N G 1 5 3
A. EINLEITUNG 154
A . L . NANOPARTIKEL ALS FUELLSTOFFE F UE R SENSITIVE HYDROGELE 154
B. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 155
B . L . VERWENDETE MATERIALIEN - GOLDNANOPARTIKEL 155
C. EXPERIMENTELLE GRUNDLAGEN 156
G . L . SYNTHESE ANORGANISCHE NANOPARTIKEL 150
G.2. SYNTHESE SENSORISCHO SCHICHT 157
G.3. SYNTHESE ELEKTRONISCHE SCHICHT IG!
D . ERGEBNISSE UND DISKUSSION 162
D . I . VORUNTERSUCHUNG 102
D/1/1. SENSORISCHE SCHICHT 102
D.I.2. ELEKTRONISCHE SCHICHT 105
D.2. AUFBAU UND TEST DER SENSORDEMONSTRATOREN 160
E. DANKSAGUNG 167
F. ERKLAERUNG 168
LITERATURVERZEICHNIS 169
V I
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