smart3_web_header_start-01-01.png

Smarte Materialien

Eine spannende Antwort auf die Rohstoffnachfrage der Zukunft

Smarte Materialien haben außergewöhnliche Fähigkeiten: Fast magisch passen sie sich ohne menschliches Zutun an Umwelt-veränderungen wie Licht, Wärme oder mechanische Belastung an. Sie erinnern sich an ihre Form und reparieren sich sogar selbst. In der E-Mobilität als Energiespeicher eingesetzt, verringern smarte Materialien die Schadstoffbelastung im Vergleich zu Benzin- und Dieselautos.

In umweltschonenderen Batterien verbaut tragen sie zur Luftverbesserung bei. Ein weiterer Einstieg in die Welt der smarten Materialien sind sich selbst verschattende Fensterscheiben oder Gegenstände, die sich an ihre Größe oder Form erinnern können. Heute schon sind smarte Materialien ein fester, kostengünstiger und ressourcenschonender Bestandteil in Medizin, Architektur, Luftfahrt, dem Automobilbau und 3D-Druck.

Was sind eigentlich smart materials
Video abspielen

Intelligente Werkstoffe, die mitdenken 

Intelligente Werkstoffe reagieren auf Temperatur- und Feuchteunterschiede in der Luft oder wirken sich positiv auf das Klima von Innenräumen aus. Wissenschaft und Industrie haben begonnen, marktfähige Produkte für interessante neue Anwendungen zu erschließen.

Wir bei smart³ sind in den folgenden vier Materialklassen aktiv:

smarte_materialien.jpg

THERMISCHE FORMGEDÄCHTNISLEGIERUNG (FGL) ​Thermische Formgedächtnislegierungen sind Drähte oder Bleche, die durch Wärmeenergie vordefiniert ihre Form ändern. Sie erkennen selbstständig einen äußeren Stimulus und reagieren vordefiniert, verlässlich, wiederholbar und reversibel darauf. Gleichzeitig weisen sie relativ zu ihrer Leistungsdichte ein äußerst geringes Gewicht auf. Damit ermöglichen FGL elegante Lösungen für eine Vielzahl aktorischer und sensorischer Aufgaben. So können beispielsweise Stellantriebe, etwa im Automobilbau oder der Luftfahrt, gegenüber bisherigen Lösungen stark vereinfacht und um temperaturgestützte Funktionen erweitert werden.

smarte_materialien.jpg

MAGNETISCHE FORMGEDÄCHTNISWERKSTOFFE (MSM) ​Unter Einfluss eines Magnetfeldes können MSM ihre Form um bis zu 12 % verändern und bilden damit eine der zukunftsträchtigsten Klassen unter den smart materials. Sie eignen sich hervorragend als Aktoren, zur Gewinnung geringer Mengen elektrischer Energie sowie als Sensoren. MSM-Aktoren bieten signifikante Vorteile bei der Arbeitsabgabe im Verhältnis zu Betriebsfrequenz, Energieeffizienz und Lebensdauer.

Piezokeramiken.png

PIEZOKERAMIKEN ​Piezokeramische Werkstoffe erzeugen unter Einwirkung einer mechanischen Kraft eine Ladungstrennung; verformt sich das Material, bilden sich elektrisch geladene Bereiche. Die Funktionswerkstoffe verfügen über extrem kurze Reaktionszeiten und erlauben über den quasistatischen Bereich hinaus auch das Anregen hochfrequenter Schwingungen bis in den Gigahertzbereich. Serienmäßig eingesetzt werden Piezokeramiken bereits in der Automobilindustrie, etwa als Injektoren für verbrauchsarme Diesel- und Ottomotoren sowie in der Medizintechnik als Ultraschallsensoren.

Dielektrische Elastomeraktoren.png

DIELEKTRISCHE ELASTOMERAKTOREN (DEA) ​Als Teilbereich der elektroaktiven Polymere können DE in der Aktorik, der Sensorik und der Energieumwandlung Anwendung finden. Sie sind leicht und kompakt, schalten schnell und geräuschlos. Energy-Harvesting-Module zur Gewinnung elektrischer Energie aus Vibrationen oder Schwingungen können beispielsweise aus DE hergestellt werden. Diesen Modulen werden Wirkungsgrade von über 80 % diagnostiziert. Damit sind sie konventionellen Techniken und Solarmodulen deutlich überlegen.