Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung innovativer Ferroelektrete, die als Energy Harvester sowie auch als mechanische Sensoren genutzt werden können. Im ersten Teil der Arbeit mit dem Schwerpunkt der Energiegewinnung werden neuartige Ferroelektrete auf der Grundlage von Polymeren mit hervorragenden Elektret Eigenschaften, wie beispielsweise Fluorethylenpropylen (FEP), entwickelt. Diese eignen sich aufgrund ihrer Einsatzmöglichkeit bei harschen Umgebungsbedingungen, wie z.B. hohe Temperatur oder Luftfeuchtigkeit. Es werden zwei Arten von Ferroelektreten untersucht, die auf Hohlraumstrukturen basieren. Einerseits werden zwei FEP-Folien gezielt thermisch miteinander verschmolzen, sodass zwischen ihnen definierte parallele Tunnel (Paralleltunnel-Ferroelektrete) entstehen. Andererseits werden FEP-Röhren mit rundem Querschnitt miteinander verschmolzen, sodass sich ein Band oder eine Membran bildet. Dabei ist die FEP-Röhren Konfiguration auf den longitudinalen piezoelektrischen Effekt und die FEP-Folien Konfiguration auf den transversalen piezoelektrischen Effekt optimiert. Die FEP-Röhrenkonfiguration wird auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells optimiert. Es zeigt sich, dass die Implementierung einer einzigen Röhrenstruktur (25 mm × 1.5 mm) als Energy Harvester die größte Ausgangsleistung aufweist. Der damit aufgebaute Energy Harvester und dessen analytische Modellierung weisen große Abhängigkeiten zwischen der erzeugten Leistung und der Wandstärke, Lastwiderstand und seismischer Masse auf. Für einen Wandler mit einer Wandstärke von 25 μm unter Verwendung einer seismischen Masse von 80 g und einer wirkenden Beschleunigung a von 1 g (9.81 m s−2) lassen sich Ausgangsleistungen von bis zu 300 μW bei einer Resonanzfrequenz von 80 Hz erreichen. Der Energy Harvester mit Paralleltunnel-Ferroelektret (40 mm × 10 mm) Konfiguration basiert auf einer Biegebalkenanordnung. Hierbei wird die Ferroelektretstruktur auf einem additiv gefertigten Biegebalken (3D-Druckverfahren) in einem definierten Abstand zur neutralen Faser des Balkens angebracht. Die Charakterisierung dieses Systems erfolgt durch die Messung des Ausgangssignals infolge einer sinusförmigen Schwingungsanregung mit einer Beschleunigung a, die mit Hilfe eines Schwingerregers erzeugt wird. Durch die Platzierung des Ferroelektrets in einem definierten Abstand und die Verwendung einer geeigneten Vorspannung des Ferroelektrets wird eine Ausgangsleistung von über 1000 μW bei der Resonanzfrequenz von etwa 35 Hz erreicht. Dies zeigt eine signifikante Erhöhung der gewonnenen Energie mit Ferroelektreten und übertrifft bei weitem frühere Leistungsdaten von maximal 230 μW. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden neue Herstellungsmethoden und Anordnungen solcher Ferroelektret-Sensoren untersucht. Der Fokus liegt auf ausgewählten Anwendungen, wie beispielsweise Kraftmyographie, Ultraschallwandlern und intelligenten Einlegesohlen. Darüber hinaus werden Ferroelektrete auf der Basis von Polymilchsäure (PLA) untersucht, um den aktuellen Anforderungen an umweltfreundlicheren Sensoren gerecht zu werden. PLA ist ein biologisch abbaubares und bioabsorbierbares Material, das aus erneuerbaren pflanzlichen Quellen wie Mais- oder Kartoffelstärke, Tapiokawurzeln und Zuckerrohr produziert wird. Als eine neuartige Möglichkeit zur Herstellung von Ferroelektret-Sensoren, wird eine vielversprechende Sandwichstruktur vorgestellt. Dabei wird ein additiv gefertigtes Gitter aus periodisch angeordneten Abstandshalten aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) und Luftkanälen zwischen zwei FEP-Folien mit einer Dicke von 12.5 μm platziert. Aufgrund der sehr weichen TPU-Abschnitte werden sehr hohe quasistatische (22.000 pC N−1) und dynamische (7500 pC N−1) d33-Koeffizienten erreicht. Die isotherme Stabilität der d33- Koeffizienten zeigt eine starke Abhängigkeit von der Polungstemperatur. Darüber hinaus zeigen die thermisch stimulierten Entladeströme die bekannte Instabilität positiver Ladungsträger in FEP, was die Möglichkeit einer Stabilisierung durch Hochtemperatur-Polung bietet. Ein ähnlicher Ansatz wird verfolgt, indem das umweltschädliche FEP durch PLA ersetzt wird. Dabei lassen sich hohe piezoelektrische d33-Koeffizienten von bis zu 2850 pC N−1 direkt nach dem Aufladen messen, die sich nach etwa 50 Tagen bei Laborbedingungen auf etwa 1500 pC N−1 stabilisieren. Diese hohe Empfindlichkeit ermöglicht die Detektion von sehr kleinen Verformungen der neuartigen Ferroelektret-Sensoren, die in einer Kraftmyographie Anwendung gezeigt wird. Hierbei werden vier solcher Ferroelektret-Sensoren um den Unterarm gespannt, um kleinste Muskelbewegungen beim Beugen der Finger zu erkennen. Dabei lassen sich Signalformen und -amplituden messen, die mit einfachen Algorithmen des maschinellen Lernens klassifizierbar sind. Durch die Nutzung einer Support Vector Machine als Klassifikator lässt sich eine Klassifizierungsgenauigkeit von 89,5% der verschiedenen Fingerbeugungen einer Hand erreichen. Mit dieser neuen Herstellungsmöglichkeit der additiver Fertigung wird eine Einlegesohle für eine Anwendung in der Ganganalyse aus reinem Polypropylen Filament gedruckt. Diese besteht aus acht voneinander unabhängigen Sensoren, die jeweils einen piezoelektrischen d33-Koeffizienten von etwa 2000 pC N−1 aufweisen. Der aktive Teil der Einlegesohle wird durch eine weitere 3D-gedruckte PLA-Hülle geschützt, die auf der Unterseite acht definierte Prägungen aufweist. Über diese Prägungen lässt sich die Kraft fokussiert auf die Sensoren einleiten, die gleichzeitig bei zu hohen Belastungen als Überlastschutz fungieren. Zusätzlich zur Bestimmung des Gangbildes wird ein Beschleunigungssensor eingesetzt, um kinematische Parameter zu messen und die Ausgangssignale der Sensoren zu validieren. Die Kombination aus der hohen Empfindlichkeit der Sensoren und der kinematischen Bewegung des Fußes eröffnet neue Perspektiven hinsichtlich der Diagnosemöglichkeiten bei der Ganganalyse. Als letzte Anwendung wird der Einsatz solcher Ferroelektrete als Ultraschallwandler auf PLA-Basis untersucht. Hierbei wird ein Ultraschallwandler auf Basis einer 3D-gedruckten PLA-Rückplatte mit definierten Rillen und einer PLA-Folie, die die vibrierende Platte darstellt, aufgebaut. Die PLA-Folie bildet gemeinsam mit der Rückplatte den Ferroelektret-Wandler mit künstlichen Luftlöchern. Beide Elemente werden durch einen ebenfalls 3D-gedruckter Halter miteinander fixiert. Der resultierende Schalldruck wird mit einem kalibrierten Mikrofon (Typ 4138, Bruel & Kjaer) in einem Abstand von 30 cm gemessen. Der biologisch abbaubare Ultraschallwandler weist eine hohe Bandbreite von etwa 45 kHz und eine relative Bandbreite von 70% auf. Der resultierende Schalldruck bei der Resonanzfrequenz kann von 98 dB auf bis zu 106 dB für Steuerspannungen von 30 bis 70 V erhöht werden. Die erzielten theoretischen und experimentellen Ergebnisse stellen eine hervorragende Grundlage für die weitere Optimierung von Ferroelektreten dar. Die Ferroelektret-Wandler können in den Bereichen Energy Harvesting und mechanische Sensorik eingesetzt werden, bei den eine hohe Flexibilität sowie hohe Empfindlichkeit gefordert ist.