Optimizing the electrical conductivity of CNT embedded thin films printed with industrial inkjet technology for strain sensing applications

Das Konzept der Leichtbauweise findet in Zeiten der Ressourcenschonung, sei es auf Strukturebene durch Gewichtseinsparung oder auf Betriebsebene durch effiziente Nutzung der verfügbaren Energie, immer mehr Eingang in verschiedensten Industriezweigen. Ziel ist es das Strukturgewicht zu optimieren, sodass die Struktur ihren Zweck erfüllt und vor allem ihre Tragfähigkeit beibehält. Trotz der Verwendung von Materialien mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, wie Aluminiumlegierungen oder faserverstärkten Kunststoffe, ist die Überwachung dieser Strukturen von großer Bedeutung, um die Integrität und darüber hinaus die Sicherheit der Struktur während ihrer Lebensdauer zu gewährleisten. Strukturüberwachungssysteme der nächsten Generation müssen selbst leichtgewichtig sein und in die Struktur integriert werden können, um diese Aufgabe zu erfüllen. Die Entwicklung von nanomaterialbasierten dünnen Filmen mit ihren einzigartigen Eigenschaften ermöglicht das Design von inkjet-gedruckten, globalen Dehnungssensoren. Die Fähigkeiten und Qualitäten solcher Sensoren hängen jedoch von vielen Faktoren ab, einschließlich der verwendeten Materialien und des Verhältnisses der Komponenten, des verwendeten Prozesses zur Ablagerung des Materials auf der Oberfläche und der Nachbearbeitung. Das Ziel dieser Studie ist die Entwicklung eines Dünnschicht-Dehnungssensors auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und die Optimierung seiner elektromechanischen Eigenschaften. Um diese Aufgabe zu lösen, wurden die Zusammensetzung der Tinte, in der die CNTs dispergiert sind, sowie das Druckverfahren im Vergleich zu früheren Studien modifiziert. Neben der Tintenherstellung und des Druckens der Sensoren mit einem industriellen Inkjet Drucker wurden verschiedenste Messungen durchgeführt, um die elektromechanischen Eigenschaften des Sensors zu charakterisieren und so die optimale Zusammensetzung hinsichtlich des Einsatzes als flächiger Dehnungssensor zu finden.