Anwendungen von der Architektur bis zur Energietechnik denkbar

Formgedächtnis-Kunststoffe mit umkehrbarer Formänderung

In dem Modell einer Fensterjalousie werden die Temperatur-Gedächtnis Polymer-Aktuatoren zum temperaturabhängigen Öffnen und Schließen der Lamellen genutzt. Der Temperaturbereich, in dem sich die Lamellen der Jalousie bewegen, ist programmierbar. Diese Fähigkeit wird als Temperatur-Gedächtnis bezeichnet.

Teltower Biomaterialforscher haben Kunststoffe entwickelt, die bei einer wählbaren Temperaturschwankung immer wieder in ihrer Form hin- und herwechseln. Das von seinen Schöpfern als "Polymer-Aktuatoren" bezeichnete Material überwinde damit eine entscheidende Beschränkung ähnlicher Werkstoffe. Bisher konnten Polymere mit temperaturgesteuertem Formgedächtnis ein Mal von einer Form in die andere umschalten.

Das neue Material bedeutet laut Entwicklermannschaft den Durchbruch zu vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten - von automatischen Jalousien ohne Strom bis hin zu neuartigen Wärmekraftmaschinen. Wissenschaftler des Teltower Instituts für Biomaterialforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht stellten die Polymer-Aktuatoren nun vor.

"Unsere Aktuatoren können viele hundert Mal die Form ändern, sobald die Umgebungstemperatur bestimmte Schwellenwerte über- und wieder unterschreitet", sagt Professor Andreas Lendlein, Leiter des Instituts für Biomaterialforschung. Sowohl die Schwellenwerte als auch die Art der Formänderung seien durch die Programmierung der Kunststoffe relativ frei wählbar. Lendlein kann sich deshalb unterschiedliche Anwendungen mit dem neuen Material vorstellen. Tilman Sauter, der in Teltow als Doktorand arbeitet, nennt ein alltagsnahes Beispiel: "Man könnte an Sonnen-Jalousien denken, die keine externe Stromversorgung benötigen und in der Lage sind, die Verdunkelung eines Raums nur über ihre Erwärmung zu steuern."

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Auch denkbar ist eine Wärme-Kraft Maschine, in der die Aktuatoren die Basis für ein Antriebselement bilden. In einem Experiment demonstrieren die Teltower Wissenschaftler das Funktionsprinzip der Maschine, in der sich bei Erwärmung ein Kunststoff entfaltet und damit eine Antriebseinheit bewegt. Beim Abkühlen wird der Ursprungszustand wieder eingenommen. Über das Temperaturgedächtnis lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebseinheit steuern.

Die aktivbeweglichen Polymere sind auf molekularer Ebene aus Strukturelementen aufgebaut, die über einen breiten Temperaturbereich ihre Beweglichkeit ändern. Um die Aktivität auf Nanoebene in makroskopische Bewegung zu wandeln, werden diese Strukturelemente zu einem Teil einem internen Gerüst zugeordnet, das die Bewegungsgeometrie festlegt und der Bewegung eine Orientierung verleiht. Der Anteil zwischen Bewegungselementen und formgebenden Elementen könne dabei variiert werden, worüber die Bewegung gesteuert werde.

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