Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-27341
Titel: New designs for bioinspired microstructures with adhesion to rough surfaces
Verfasser: Fischer, Sarah Christine Lidwina
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2017
DDC-Sachgruppe: 500 Naturwissenschaften
620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Adhesion to substrates with surface roughness is a research field with many unsolved questions. A more thorough understanding of the underlying principles is important to develop new technologies with potential implications for instance in robotics, industrial automatization and wearable interfaces. Nature is a vast source of inspiration as animals have mastered climbing on various surfaces at high speed with several attachment and detachment events in a short time. In this work, new designs for dry adhesives inspired by natural blueprints are presented. Different strategies were explored to understand and tune adhesion on a range of substrates from smooth glass to polymers with skin-like roughness. Both the material properties and the geometry of the dry adhesives were utilized to improve adhesion strength. Three concepts are presented in this work: (i) composite structures with tunable interface, (ii) soft pressure sensitive adhesive layers, and (iii) funnel-shaped microstructures. This thesis aims for better understanding of the adhesion behavior as a function of several important factors including hold time, substrate material and roughness. The new concepts for bioinspired structures investigated in the present thesis will contribute to the development of performant, reversible adhesives for a variety of applications where surface roughness is involved.
Adhäsion an rauen Oberflächen stellt immer noch ein Forschungsfeld mit vielen ungelösten Problemen dar. Um neue Technologien mit Bedeutung für beispielsweise die Robotik, industrielle Automatisierung und körpernahe Sensorik zu entwickeln, bedarf es eines tieferen Verständnisses der zugrunde liegenden Prinzipien. Hier stellt die Natur eine vielfältige Inspirationsquelle dar, da bestimmte Lebewesen in der Lage sind, auf unterschiedlichsten Untergründen zu haften. Im Rahmen dieser Arbeit werden der Natur nachempfundene Modelle und Lösungen zur Haftung vorgestellt. Zum Verständnis der Haftungsmechanismen und zur Optimierung der Hafteigenschaften auf einer Bandbreite von Substraten, von glattem Glas bis hin zu rauen, hautähnlichen Polymeroberflächen, wurden unterschiedliche Herangehensweisen untersucht. Zur Erhöhung der Haftkraft kamen sowohl Variationen in den verwendeten Materialien, als auch in der Geometrie der Haftstrukturen zum Einsatz. Drei Konzepte werden in dieser Arbeit vorgestellt: (i) Kompositstrukturen mit variablen Grenzflächen; (ii) weiche, drucksensitive Schichten und (iii) trichterförmige Mikrostrukturen. Es wird ein besseres Verständnis des Adhäsionsverhaltens in direktem Zusammenhang mit verschiedenen Struktur-, Substrat- und Messparametern angestrebt. Die in dieser Arbeit vorgestellten, neuen Konzepte für bioinspirierte Strukturen sollen zur Entwicklung performanter, reversibler Haftverbindungen für einen breiten Anwendungsbereich auf rauen Oberflächen beitragen.
L’adhésion sur des surfaces rugueuses offre beaucoup de questions ouvertes aux chercheurs. Pour développer des technologies pionnières dans les domaines comme la robotique, automatisation industrielle et les capteurs portables, une connaissance plus détaillée des mécanismes gouvernant ce phénomène est nécessaire. La nature est une source d’inspiration vaste avec une multitude d’animaux possédant la capacité d’escalader diverses surfaces à grande vitesse. Cette thèse présente de nouveaux designs d’adhésifs secs inspirés par la nature. Différentes stratégies ont été explorées afin de comprendre et modifier l’adhésion sur des surfaces variées comme le verre poli ou des polymères avec une texture de surface ressemblant celle de la peau. Les propriétés des matériaux et la géométrie des structures ont été utilisées comme paramètres pour maximiser l’adhésion. Cette thèse comprend trois parties : (i) des structures composites avec interface variable, (ii) des films mous sensibles à la pression, et (iii) des structures en forme d’entonnoir. Les paramètres étudiés englobent entre outre le temps d’attente, le matériau du substrat et sa rugosité. Tous les concepts peuvent être raffinés et optimisé envers certaines applications. Les nouveaux concepts de structures inspirés par la nature présentés ci-dedans ont pour but de contribuer au développement d’adhésifs performants et réversibles pour une variété d’applications pour lesquelles la rugosité joue un important rôle.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-273410
hdl:20.500.11880/27171
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27341
Erstgutachter: Arzt, Eduard
Tag der mündlichen Prüfung: 29-Aug-2018
SciDok-Publikation: 19-Sep-2018
Drittmittel / Förderung: The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Programme (FP/2007-2013) / ERC Grant Agreement n. 340929 awarded to Eduard Arzt and by the German Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft) through the grant n. HE 7498/1-1 awarded to René Hensel.
Fakultät: NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät
Fachrichtung: NT - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

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