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Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines biobasierten Polymermaterials mit piezoelektrischen Eigenschaften für den Einsatz in Sensoranwendungen. Während piezoelektrische Polymermaterialien wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) bereits weit verbreitet in der Sensortechnik eingesetzt werden, weisen sie erhebliche Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit und der Herausforderungen im Recyclingprozess. Ziel des Vorhabens ist es daher, ein Material zu entwickeln, das hinsichtlich seiner piezoelektrischen und mechanischen Eigenschaften mit PVDF vergleichbar oder überlegen ist, dabei jedoch vollständig biobasiert, biologisch abbaubar und ökologisch nachhaltig ist.

Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von Chitin, dem nach Zellulose zweithäufigsten biogenen Polymer. Chitin, das aus den Exoskeletten von Insekten und bestimmten Pilzarten gewonnen wird, besitzt natürliche piezoelektrische Eigenschaften (d₃₃ = 4 pC/N), die jedoch geringer sind als die von PVDF (d₃₃ = 20–30 pC/N). Diese niedrigere piezoelektrische Aktivität wird auf mehrere Faktoren zurückgeführt, darunter eine geringere Kristallinität, eine weniger effiziente molekulare Orientierung und das Vorhandensein amorpher Bereiche innerhalb der Chitinstruktur. Die Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften von Chitin bildet daher einen zentralen Punkt der Forschung. Dies soll durch verschiedene Ansätze erreicht werden, darunter die Erhöhung der kristallinen Struktur von Chitin, die Verwendung von Chitosan (einem Produkt der Deacetylierung von Chitin), die Integration von Nanofüllstoffen sowie die Optimierung des Polymerisationsprozesses.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt des Projekts ist die Integration der entwickelten Piezosensoren in Verbundwerkstoffe. Dabei liegt der Fokus auf der Untersuchung der Kompatibilität von Chitin-basierten piezoelektrischen Materialien mit verschiedenen Harzsystemen, darunter Epoxid- und Polyurethanharze, die vorzugsweise aus Recyclingmaterialien stammen. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Langzeitstabilität der piezoelektrischen Eigenschaften sowie auf die strukturelle und funktionale Charakterisierung der Sensoren nach ihrer Einbettung in die Verbundwerkstoffe gelegt.

Die Erforschung dieses biobasierten Materials ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Sensortechnologien für ein breites Spektrum von Anwendungen.