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C: Integrative Bauelemente

C03 – Elektroaktive Polymeraktoren und Aktorfelder für schaltbare Atmungsaktivität in Hüllen und Räumen

Will man die Aufenthaltsqualität und Nutzerakzeptanz für Gebäude in Zukunft steigern, kommt individualisierbaren und wandlungsfähigen Systemen im Innen- sowie Außenraum eine Schlüsselrolle zu.

Ein wichtiger Aspekt für das Wohlbefinden in Räumen ist ihre Humidität. Um diese und mit ihr die Be- und Entlüftung von Gebäuden besser steuerbar zu machen, sollen im Rahmen des Teilprojekts C03 Oberflächen mit einer schaltbaren Atmungsaktivität für adaptive Gebäudestrukturen realisiert werden. Ziel ist es, den Benutzern die Kontrolle über ihre gebaute Umgebung zu übertragen.

Es ergeben sich folgende Fragestellungen:

  • Wie können die intrinsischen mikroskopischen Eigenschaften von elektroaktiven Polymeren (EAPs) reproduzierbar auf makroskopische, wandelbare Systeme übertragen werden?
  • Wie lässt sich der niedrige elektromechanische Wirkungsgrad ionischer EAPs erhöhen und in wandelbare Oberflächen integrieren?
  • Wie kann die elektrische Kontaktierung optimiert werden?
  • Wie funktioniert die mechanische Befestigung solcher Aktoren auf Trägersubstraten und die Kraft- und Wegübertragung auf zu aktuierende Körper?
  • Welche konkreten Wechselwirkungen zwischen der Umwelt und den einzelnen Materialkomponenten gibt es und wie können sie beherrscht werden?
  • Wie lassen sich die adaptiven Systeme in die Planungsmethodik für ultraleichte Gebäudestrukturen unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Betriebssicherheit einbetten?

Die schaltbare Atmungsaktivität soll mittels aktorischer Schichtsysteme realisiert werden, die durch bislang noch nicht verwendete Fertigungsverfahren hergestellt und zu Aktorfeldern zusammengeschlossen werden. Im Fokus stehen elektroaktive Polymere, insbesondere ionische Polymer-Aktoren auf der Basis von CNTs (Carbon Nanotubes).

Halbzeuge zur Herstellung elektroaktiver Polymeraktoren (c) IFF
Halbzeuge zur Herstellung elektroaktiver Polymeraktoren

„Buck-Gel“ Beschichtung nach einem Filtrierprozess zur Herstellung von Elektroden-Halbzeugen (c) IFF
„Buck-Gel“ Beschichtung nach einem Filtrierprozess zur Herstellung von Elektroden-Halbzeugen

Um die intrinsischen mikroskopischen Eigenschaften solcher Aktoren reproduzierbar auf makroskopische, wandelbare Systeme zu übertragen, forscht das IFF an fertigungstechnischen Innovationen in den Bereichen Materialsynthese, Funktionalisierung von Nanopartikeln, Dispersionstechnik und Applikationstechnik.

Das Teilprojekt C03 beschäftigt sich mit den Wechselwirkungen zwischen der Umwelt und den einzelnen Materialkomponenten und generiert neue fertigungstechnische Ansätze, wobei eine hochskalierbare Beschichtungstechnik zum Tragen kommen soll. Dabei betrachtet C03 die systemrelevanten Faktoren ganzheitlich, was eine klare Aussage bezüglich der Machbarkeit einer schaltbaren Atmungsaktivität mit EAPs ermöglicht.

Ergebnis des Teilprojektes wären weiche, leichtere und in ihrer Funktion optimierte Aktorfelder, die für Oberflächen mit einer schaltbaren Atmungsaktivität genutzt werden können. Die entstehenden Aktorfelder lassen sich vielfältig einsetzen, beispielsweise als optische oder taktile Informationsträger oder als Basis neuer Beleuchtungs- und Belüftungskonzepte. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten erhöhen den Nutzerkomfort und entsprechen den Wünschen, Ansprüchen oder Bedürfnissen des Anwenders.

Ein weiteres Ziel des Teilprojekts ist es, das neue adaptive System in die Planungsmethodik für ultraleichte Gebäudestrukturen einzubetten. Um die Schnittstellen zu anderen adaptiven Systemen und Steuerungseinheiten im Gebäude zu definieren und auszuarbeiten, verfolgt C03 einen ganzheitlichen Ansatz, bei dem Aspekte der Fertigungs- und Betriebssicherheit untersucht werden.

Teilprojektleiter

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb

Ansprechperson

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Dipl.-Ing.

Raphael Neuhaus

Wissenschaftlicher Mitarbeiter