@phdthesis{Stier2022,
  author    = {Stier, Simon},
  title     = {Konzepte, Materialien und Verfahren f{\"u}r multimodale und hochintegrierte Elastomersensorik},
  doi       = {10.25972/OPUS-26087},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-260875},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Dielektrische Elastomersensoren sind aus Elastomermaterialien aufgebaute Sensoren mit einem kapazitiven Messprinzip. In ihrer einfachsten Form bestehen sie aus einer dehnbaren Elastomerfolie als Dielektrikum, die beidseitig mit leitf{\"a}higen und ebenfalls dehnbaren Schichten als Elektroden bedeckt ist. Damit entsteht ein mechanisch verformbarer elektrischer Kondensator, dessen Kapazit{\"a}t mit der Dehnung der Elastomerfolie stetig ansteigt. Neben solchen Dehnungssensoren lassen sich mit einem geeigneten geometrischen Aufbau auch dielektrische Elastomersensoren realisieren, bei denen eine elektrische Kapazit{\"a}t mit einem angelegten Druck bzw. einer Kraft auf die Oberfl{\"a}che, mit einer Scherkraft oder mit der Ann{\"a}herung eines elektrisch leitf{\"a}higen oder polarisierbaren K{\"o}rpers wie z. B. der menschlichen Hand messbar ansteigt. Durch ihre vielf{\"a}ltige Funktion, intrinsische Verformbarkeit und fl{\"a}chige Ausgestaltung weisen Dielektrische Elastomersensoren erhebliches Potential in der Schaffung smarter, sensitiver Oberfl{\"a}chen auf. Dabei sind weitgehende und individuelle Adaptionen auf den jeweiligen Anwendungszweck durch Abstimmung geometrischer, mechanischer und elektrischer Eigenschaften m{\"o}glich. Die bisherige Forschung beschr{\"a}nkt sich jedoch auf die Analyse und Optimierung einzelner Aspekte ohne das Potential einer {\"u}bergreifenden systemischen Perspektive zu nutzen. Diese Arbeit widmet sich daher der Betrachtung der Sensorik als Gesamtsystem, sowohl horizontal - von abstrakten Modellen bis zur Fertigung und prototypischen Anwendung - als auch vertikal {\"u}ber die Komponenten Material, Struktur und Elektronik. Hierbei wurden in mehreren Teilgebieten eigenst{\"a}ndige neue Erkenntnisse und Verbesserungen erzielt, die anschließend in die {\"u}bergreifende Betrachtung des Gesamtsystems integriert wurden. So wurden in den theoretischen Vorarbeiten neue Konzepte zur ortsaufgel{\"o}sten Erfassung mehrerer physikalischer Gr{\"o}ßen und zur elektrischen und mechanischen Modellierung entwickelt. Die abgeleiteten Materialanforderungen wurden in eine tiefgehende Charakterisierung der verwendeten Elastomer-Kompositwerkstoffe {\"u}berf{\"u}hrt, in der neuartige analytische Methoden in Form von dynamischer elektromechanischer Testung und nanoskaliger Computertomographie zur Aufkl{\"a}rung der inneren Wechselwirkungen zum Einsatz kamen. Im Bereich der automatisierten Prozessierung wurde ein f{\"u}r die komplexen mehrschichtigen Elektrodenstrukturen geeigneter neuer lasergest{\"u}tzer substraktiver Fertigungprozess etabliert, der zudem die Br{\"u}cke zu elastischer Elektronik schl{\"a}gt. In der abschließenden Anwendungsevaluierung wurden mehrere ortsaufgel{\"o}ste und multimodale Gesamtsysteme aufgebaut und geeignete Messelektronik und Software entwickelt. Abschließend wurden die Systeme mit einem eigens entwickelten robotischen Testsystem charakterisiert und zudem das Potential der Auswertung mittels maschinellem Lernen aufgezeigt.},
  subject      = {Taktiler Sensor},
  language  = {de}
}