@phdthesis{Kussmaul2013,
  author    = {Kussmaul, Bj{\"o}rn},
  title     = {Modifizierung von Silikonelastomeren mit organischen Dipolen f{\"u}r Dielektrische Elastomer Aktuatoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-65121},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Ein Dielektrischer Elastomer Aktuator (DEA) ist ein dehnbarer Kondensator, der aus einem Elastomerfilm besteht, der sich zwischen zwei flexiblen Elektroden befindet. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung, ziehen sich die Elektroden aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen an, wodurch das Elastomer in z-Richtung zusammengepresst wird und sich dementsprechend in der x-,y-Ebene ausdehnt. Hierdurch werden Aktuationsbewegungen erreicht, welche sehr pr{\"a}zise {\"u}ber die Spannung gesteuert werden k{\"o}nnen. Zus{\"a}tzlich sind DEAs kosteng{\"u}nstig, leicht und aktuieren ger{\"a}uschlos. DEAs k{\"o}nnen beispielsweise f{\"u}r Produkte im medizinischen Bereich oder f{\"u}r optischer Komponenten genutzt werden. Ebenso kann aus diesen Bauteilen Strom erzeugt werden. Das gr{\"o}ßte Hindernis f{\"u}r eine weite Implementierung dieser Materialien liegt in den erforderlichen hohen Spannungen zum Erzeugen der Aktuationsbewegung, welche sich tendenziell im Kilovolt-Bereich befinden. Dies macht die Elektronik teuer und die Bauteile unsicher f{\"u}r Anwender. Um geringere Betriebsspannungen f{\"u}r die DEAs zu erreichen, sind signifikante Materialverbesserungen - insbesondere des verwendeten Elastomers - erforderlich. Um dies zu erreichen, k{\"o}nnen die dielektrischen Eigenschaften (Permittivit{\"a}t) der Elastomere gesteigert und/oder deren Steifigkeit (Young-Modul) gesenkt werden. In der vorliegenden Arbeit konnte die Aktuationsleistung von Silikonfilmen durch die Addition organischer Dipole erheblich verbessert werden. Hierf{\"u}r wurde ein Verfahren etabliert, um funktionalisierte Dipole kovalent an das Polymernetzwerk zu binden. Dieser als "One-Step-Verfahren" bezeichnete Ansatz ist einfach durchzuf{\"u}hren und es werden homogene Filme erhalten. Die Dipoladdition wurde anhand verschiedener Silikone erprobt, die sich hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften unterschieden. Bei maximalem Dipolgehalt verdoppelte sich die Permittivit{\"a}t aller untersuchten Silikone und die Filme wurden deutlich weicher. Hierbei war festzustellen, dass die Netzwerkstruktur der verwendeten Silikone einen erheblichen Einfluss auf die erreichte Aktuationsdehnung hat. Abh{\"a}ngig vom Netzwerk erfolgte eine enorme Steigerung der Aktuationsleistung im Bereich von 100 \% bis zu 4000 \%. Dadurch k{\"o}nnen die Betriebsspannungen in DEAs deutlich abgesenkt werden, so dass sie tendenziell bei Spannungen unterhalb von einem Kilovolt betrieben werden k{\"o}nnen.},
  language  = {de}
}
@article{RisseKussmaulKruegeretal.2012,
  author    = {Risse, Sebastian and Kussmaul, Bj{\"o}rn and Kr{\"u}ger, Hartmut and Kofod, Guggi},
  title     = {A versatile method for enhancement of electromechanical sensitivity of silicone elastomers},
  series = {RSC Advances},
  volume    = {2},
  journal   = {RSC Advances},
  number    = {24},
  publisher = {Royal Society of Chemistry},
  address   = {Cambridge},
  issn      = {2046-2069},
  doi       = {10.1039/c2ra21541a},
  pages     = {9029 -- 9035},
  year      = {2012},
  abstract  = {Dielectric elastomer actuators (DEAs) draw their function from their dielectric and mechanical properties. The paper describes the fabrication and various properties of molecularly grafted silicone elastomer films. This was achieved by addition of high-dipole molecular co-substituents to off-the-shelf silicone elastomer kits, Elastosil RT 625 and Sylgard 184 by Wacker and Dow Corning, respectively. Strong push-pull dipoles were chemically grafted to both polymer networks during a one step film formation process. All manufactured films were characterized using (13) C-NMR and FT-IR spectroscopy, confirming a successful attachment of the dipoles to the silicone network. Differential scanning calorimetry (DSC) results showed that grafted dipoles were distributed homogeneously throughout the material avoiding the formation of nano-scale aggregates. The permittivity increased with the amount of dipole at all frequencies, while the Young's modulus and electrical breakdown strength were reduced. Actuation strain measurements in the pure shear configuration independently confirmed the increase in electromechanical sensitivity. The ability to enhance electromechanical properties of off-the-shelf materials could strongly expand the range of actuator properties available to researchers and end-users.},
  language  = {en}
}
@article{KussmaulRisseWegeneretal.2012,
  author    = {Kussmaul, Bj{\"o}rn and Risse, Sebastian and Wegener, Michael and Kofod, Guggi and Kr{\"u}ger, Hartmut},
  title     = {Matrix stiffness dependent electro-mechanical response of dipole grafted silicones},
  series = {Smart materials and structures},
  volume    = {21},
  journal   = {Smart materials and structures},
  number    = {6},
  publisher = {IOP Publ. Ltd.},
  address   = {Bristol},
  issn      = {0964-1726},
  doi       = {10.1088/0964-1726/21/6/064005},
  pages     = {6},
  year      = {2012},
  abstract  = {The properties of dielectric elastomer actuators can be optimized by modifying the dielectric or mechanical properties of the dielectric elastomer. This paper presents the simultaneous control of both dielectric and mechanical properties, in a silicone elastomer network comprising cross-linker, chains and grafted molecular dipoles. Chains with two different molecular weights were each combined with varying amounts of grafted dipole. Chemical and physical characterization showed that networks with stoichiometric control of cross-linking density and permittivity were obtained, and that longer chain lengths resulted in higher electrical field response due to the reduction in cross-linking density and correspondingly in mechanical stiffness. Both actuation sensitivities were enhanced by 6.3 and 4.6 times for the short and long chain matrix material, respectively.},
  language  = {en}
}