Themenfokusse

Im Themenfokus Programmierbare Wärmedurchgang untersucht das Cluster verschiedene Mechanismen auf ihre Eignung innerhalb von programmierbaren Materialien, darunter den Phasenwechsel, die elektro-magnetischen Aktivierung, Sorption und Kapillarleitung sowie die Zustandsänderung von Füllstoffen.

Insbesondere Phasenwechsel-Materialien bemessen die Forscher eine bedeutende Rolle zu. Diese Materialien sind allgemein bekannt aus der Anwendung als Gel-Handwärmer, bei dem das Knicken eines integrierten Clips den Phasenwechsel initiiert und gespeicherte Wärme freigibt. Sie bestehen in der Regel aus Salzhydraten, die ausgelöst über einen elektrischen Impuls vom flüssigen in den festen Zustand übergehen können. Das Cluster entwickelt Phasenwechsel-Materialien vor allem für die Anwendung in Gebäude- und Raumhüllen. In diesem Bereich existieren zwar vielfältige Lösungen, doch basieren sie alle auf aufwändiger Sensorik, die für große Flächen zu aufwändig bzw. kostenintensiv ist. Phasenwechsel-Materialien könnten Räume in warmen Phasen durch die Aufnahme von Wärme kühl halten und in kalten Phasen auf Knopfdruck schnell aufheizen. Denkbar wären sie beispielsweise als Umhüllung von weniger oft frequentierten Zimmern wie Besprechungsräumen, die man nicht kostenintensiv heizen, aber dennoch bei Betreten in einer angenehme Raumtemperatur vorfinden möchte. Auch im Quartiersmanagement ermöglichen programmierbare Materialien neue Methoden zur Beeinflussung von Mikroklimaten beispielsweise in Innenstädten. Wenn Hauswände ihre gespeicherte Wärme autark erst Nachts bei klarem Himmel abgeben würden, ließe sich das überhitzen tagsüber vermeiden. Auch in Gewächshäusern zur Temperierung von gepflanzten Kulturen stellen Phasenwechsel Materialien eine interessante Option dar, wenn sie als Temperaturmodule im Wurzelbereich der Pflanzen eingebracht werden.

Der Themenfokus „Fertigung und Skalierung“ beschäftigt sich mit der Entwicklung von Fertigungsmethoden für programmierbare Materialien, um diese kostengünstig herstellen und in Bauteilen verwenden zu können. In erster Linie betrachten die Mitglieder des Themenfokus dazu Materialien, die sich hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften programmieren lassen und  beispielsweise eine vorbestimmte Formänderung als Antwort auf einen äußeren Auslöser durchführen können.

Als Ausgangspunkt dienen den Forschern dabei bekannte Grundprinzipien zur Formänderung von Materialien wie auxetische, metastabile oder Miura-Strukturen, um darauf aufbauend Strukturen herzustellen, die eine vorgegebene Gestaltänderung ausführen können. Gefaltete Miura-Strukturen können sich beispielsweise durch eine kontinuierliche Bewegung in nur eine Richtung vollständig entfalten.