Programmierbare Baustoffe

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Baustoffe sollen und müssen intelligenter werden, denn dort, wo man bereits am Material selbst ansetzen kann, müssen keine zusätzlichen aufwendigen und kostenintensiven technischen Lösungen zum Einsatz kommen.

Neue Potenziale können hier zukünftig mit Dämmstoffen erschlossen werden, die über programmierbare Eigenschaftsprofile verfügen. Programmierbare Materialien sind form- und funktionsdynamische Materialien, Materialverbundstoffe oder Oberflächen, deren innere Struktur so beschaffen ist, dass sich die Materialeigenschaften und das Verhalten einem definierten Programm folgend umkehrbar ändern können. Funktionalitäten werden direkt in die Struktur des Materials einprogrammiert und ersetzen so komplette Systeme inklusive Sensoren, Aktoren und Energieversorgung. So werden technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes Material ersetzt. Damit lassen sich komplexe und lokal unterschiedliche Effekte implementieren, die völlig neuartige Bauteilfunktionen erlauben.

Signale von außen, die solche Veränderungen hervorrufen können, sind beispielsweise Temperaturveränderungen. Dadurch können sich programmierbare Materialien automatisch in vorbestimmter Weise an sich verändernde Bedingungen anpassen. Entwickler der drei Fraunhofer Institute IAP, ICT und IBP entwickeln auf Basis dieses Prinzips autarke Dämmstoffsysteme auf Basis von Formgedächtnispolymeren mit einer schaltbaren Luftdurchlässigkeit. So sind die Strömungskanäle bei niedrigen Temperaturen beispielsweise geschlossen und weisen einen Isolationseffekt auf, beim Erwärmen hingegen öffnen sich die Kanäle und werden besser mit Luft durchströmt.

Die Art der Eigenschaftsänderung kann durch die Systemauslegung und durch eine thermomechanische Behandlung im Vorfeld festgelegt werden. Und dies ist nur ein Beispiel der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten programmierbarer Baustoffe, sie eröffnen ein einzigartiges Potential für neue Systemlösungen.

Autor: Yvonne Jacoby, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Konstruktionspraxis Vogel, 05.11.2020; K-Zeitung, 26.10.2020