Entwicklung und Optimierung von Hybridmaterialien für lokale Wärmeentwicklung

In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur Herstellung von neutral gefärbten Hybridmaterialien für die lokale Wärmeentwicklung entwickelt und optimiert. Zur Identifizierung geeigneter Nanopartikel mit maßgeschneiderten magnetischen Eigenschaften und hoher magnetischer Heizleistung bei relevanter Frequenz wird eine Screening-Studie durchgeführt. Weiterhin werden drei verschiedene Mikrokapselarchitekturen für die Herstellung neutral gefärbter Hybridmaterialien getestet, welche sich unterschiedlich gut für die Abschirmung der intensiv Farbe der Partikel einigen. Durch die direkte Beschichtung von magnetischen Partikeln werden SiO2-Acrylat@Fe3O4-Mikropartikel mit einem Durchmesser im gewünschten Bereich von wenigen Mikrometern hergestellt, welche eine vielversprechende helle Farbe im Kontakt mit Luft zeigen. Um den Einfluss ein- und mehrschaliger Materialien auf die Mikrokapseln zu untersuchen, werden verschiedene Beschichtungen auf Basis von SiO2, TiO2, ZrO2 und TiO2@SiO2 erfolgreich hergestellt. Die optische Erscheinung der Mikropartikel zeigt, dass SiO2-Acrylat@Fe3O4-Mikropartikel im Kontakt mit Luft eine nahezu neutrale Farbe zeigen, während ZrO2@Fe3O4-Mikropartikel eine graue Farbe aufweisen und TiO2@Fe3O4-Mikropartikel keine Verbesserung der optischen Erscheinung liefern. Die Einbettung der Mikropartikel in Zahnzement liefert für alle erzeugten Mikropartikel eine dunkle Farbe. Die Berechnungen zeigen, dass der sphärische Linseneffekt eine große Rolle für die Farbe der Partikel spielt. Je höher der Brechungsindexkontrast der Beschichtung ist, desto höher ist der reflektierte Anteil der Strahlung aber desto höher ist auch der Anteil der in Richtung des Magnetkerns fokussierten Strahlung. Zur effektiven Farbabschirmung wird in dieser Arbeit ein Doppelhüllensystem vorgeschlagen und realisiert. Dadurch wird eine Beschichtungsarchitektur ermöglicht, bei der der transmittierte Lichtstrahl vom Kern weg gebrochen wird. Die aussichtsreichen experimentellen Ergebnisse der TiO2@SiO2@Fe3O4-Mikropartikel bestätigen das Modell. Darüber hinaus wird eine Spulengeometrie vorgeschlagen.