Smart materials besitzen die Fähigkeit, sich selbstständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen bzw. ihre Eigenschaften durch äußere Einflüsse gezielt so zu verändern, dass sie optimal an ihre Umgebung angepasst sind. Damit ermöglichen sie hohe Funktionalität in vereinfachten Strukturen und damit völlig neue Perspektiven im Produktdesign. Statt der bisherigen Trennung von Funktion und Struktur strebt smart³ die Integration der Funktionalität direkt in die Bauteilstruktur an.

 

 

Thermische Formgedächtnislegierungen (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.

 

 

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. Daraus lassen sich unter anderem Anwendungen als Ultraschallumwandler und elektromechanische Transformatoren ableiten.
Serienmäßig eingesetzt werden Piezokeramiken bereits in der Automobilindustrie, etwa als Injektoren für verbrauchsarme Diesel- und Ottomotoren sowie in der Medizintechnik als Ultraschallsensoren.

 

 

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.

 

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.

 

 

Smart-Materials-Datenbank

Weitere Informationen sowie erste Kenngrößen finden Sie in der smart³-Materialdatenbank. Entstanden im Rahmen des FuE-Vorhabens Smart Tools for Smart Design, bietet die Datenbank Informationen zu FGL, Piezokeramiken und Dielektrischen Elastomeren.

 

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