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Untersuchungen zur Herstellung und optischen Charakterisierung von großflächigen transparenten Silikonschichten am Anwendungsbeispiel der dielektrischen Stapelaktoren

Haas, Maria :
Untersuchungen zur Herstellung und optischen Charakterisierung von großflächigen transparenten Silikonschichten am Anwendungsbeispiel der dielektrischen Stapelaktoren.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zur Herstellung und optischen Charakterisierung von großflächigen transparenten Silikonschichten am Anwendungsbeispiel der dielektrischen Stapelaktoren
Language: German
Abstract:

In den letzten Jahren eroberte die Touch-Technologie das alltägliche Leben. Immer mehr Geräte - wie Smartphones, E-Book- Reader, Tablet PCs, Bedienelemente an diversen Maschinen und Anlagen - werden mit Touchdisplays versehen. Diese beeindrucken mit ihrer Flexibilität und Funktionalität. Die Abwesenheit einer taktilen Rückmeldung oder eines taktil detektierbaren Reliefs erschwert die Nutzung solcher Geräte für Sehbehinderte und senkt die Bedienbarkeit mancher Anwendungen wie z.B. schnelles Tippen. Diese Lücke in der Bedienbarkeit kann durch den Einsatz transparenter dielektrischer Stapelaktoren geschlossen werden. Diese bestehen aus sich abwechselnden leitenden und dielektrischen Schichten. Letztere werden unter anderem aus Silikonen hergestellt.

Die bestehenden Verfahren zur Herstellung der Stapelaktoren sind auf eine Größe von wenigen Quadratzentimetern beschränkt. Der Suche nach Herstellungsverfahren großflächiger (ca. DIN A5) für die Anwendung in transparenten dielektrischen Stapelaktoren geeigneten Silikonschichten ist diese Arbeit gewidmet. Dabei wird das Potential der Druck- und Beschichtungsverfahren ausgenutzt, die eine großflächige Fluidübertragung auf Substrate in Bogen- und Rollenform ermöglichen.

Es werden zunächst die Eigenschaften und die Anforderungen an die Silikone und die Druck- und Beschichtungsverfahren analysiert. Davon ausgehend wird auf theoretischer Basis eine Auswahl von vier Silikonen und drei Verfahren getroffen, die anschließend in allen Kombinationen bei variierenden Prozessparametern zur Probenherstellung herangezogen werden.

Um den Einfluss der Verfahren, der Materialien und der Prozessparameter auf die Qualität der Silikonschichten zu ermitteln, wird eine neuartige optische Charakterisierungsmethode entwickelt. Diese basiert auf den Prinzipien der direkten Schattenabbildung, ist bildgebend und kann bis ca. DIN A4 große Proben vollflächig erfassen. Die Methode wird anhand weißlichtinterferometrischer Messungen überprüft und validiert.

Als Qualitätskriterien werden die Schichthomogenität sowie drei Kategorien von Schichtinhonogenitäten eingeführt. Der Vergleich und die Qualitätsbewertung der unterschiedlich hergestellten Proben erfolgt im Rahmen einer Probandenstudie. Zur Beurteilung der allgemeinen Schichthomogenität wird der Homogenitätswert H eingeführt, der aus den Bildinformationen der Schattenabbildungen errechnet wird. Anhand dieser Kriterien wird der Einfluss des Herstellungsverfahrens, der Prozessparameter sowie des verwendeten Silikons auf die Schichtqualität ermittelt. Es wird gezeigt, dass Herstellung von dünnen Silikonschichten grundsätzlich mit allen ausgewählten Verfahren und Silikonen möglich ist. Die resultierende Schichtqualität unterscheidet sich dennoch enorm vor allem in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Touch technology has become part of the usual life during the last years. Touch displays are installed in devices such as mobile phones, tablet PCs and e-book readers or as control panels in various machines and equipment. They impress with their flexibility and functionality. However, not giving a tactile response they complicate their usage for visually handicapped users. The absence of a taktile detectable relief like keys or buttons makes some applications difficult like fast typewriting. This usability shortcoming can be solved by dielectric stack actuators which consist of alternating conductive and dielectric layers. The latter can be made of silicones. Existing manufacturing techniques for dielectric stack actuators are limited to a size of some square centimeters. This thesis discusses the search for a manufacturing technique of large (approximately DIN A5) silicone layers suiting the application of transparent dielectric stack actuators. For this purpose, the high potential of printing and coating techniques is being used, since these techniques enable a large-area fluid transfer onto substrate sheets and rolls. In the first step, I analysed the properties and requirements of the silicones as well as printing and coating techniques. Based on their intersection and considering the requirements of the dielectric stack actuators, I made a theoretical selection of four suiting materials and three manufacturing techniques. Combining them with each other and varying the process parameters, I manufactured several specimens. For the investigation of material, manufacturing technique and process parameters’ impact on the quality of the specimens, I developed a new optical characterisation method for the silicone layers. This imaging method is based on the principles of the direct shadowgraphy and can capture at once a specimen up to the size of approximately DIN A4. The characterisation method was proved and validated by white-light-interferometry measurements. I used layer homogeneity as well as three categories of inhomogeneities as quality criteria for the silicone layers. Their comparison and quality estimation were done in a subjective study. For further estimation of the common layer homogeneity, the homogeneity value H was developed which can be calculated from the image data collected during the characterisation. Applying these criteria, the impact of the used silicone, manufacturing technique and process parameters on the layer quality was estimated. Generally, all chosen manufacturing techniques as well as the chosen silicones enable manufacturing of thin silicone layers. However, the layer quality strongly depends especially on the used manufacturing technique.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: dielektrischer Stapelaktor, Silikone, Druckverfahren, Beschichtungsverfahren, Schattenabbildung, Homogenität
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
dielectric stack actuator, silicone, printing technique, coating, shadowgraphy, homogeneityEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD)
Date Deposited: 12 Jan 2015 10:07
Last Modified: 27 May 2016 08:19
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-43168
Referees: Dörsam, Prof. Edgar and Khanh, Prof. Tran Quoc
Refereed: 1 October 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4316
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