Bioinspirierte Funktionsmaterialien als Aktor und Sensor

摘要

Ein bedeutsamer Anteil des globalen Energiekonsums wird fur Beheizen und Kuhlen von Gebauden verwendet. Heutzutage wird zumeist versucht das Problem des starken Aufheizens von Gebauden durch Sonneneinstrahlung in automatisierter Weise durch Anbringen von Verschattungen zu losen, indem eine Vielzahl von Sensoren und Motoren diese Verschattungen auf- und zufahren. Hohe Kosten fur den Betrieb, Wartungen in regelmassigen Abstanden, hoher Energiekonsum und eine oft zu kurze Lebensdauer sind jedoch Folgen dieses hohen Levels an technischer Komplexitat. Eine Fassade, die sich selbststandig und ohne Strom bei Sonne beschattet und bei Regen abschirmt, kann den Energieaustausch mit der Umgebung massgeblich kontrollieren und beeinflusst so das Innenklima des Gebaudes. Dabei kann in betrachtlicher Weise Energie eingespart und auf regelmassige Wartung verzichtet werden. Eine Bewegung, die gewissermassen automatisch durch die Veranderungen der Umgebungsbedingungen hervorgerufen wird, kann in der Pflanzenwelt bei hygroskopisch angeregten Pflanzenbewegungen beobachtet werden. Ein Beispiel dafur ist das Offnen und Schliessen eines Koniferen-Zapfens, dessen Mechanismus auf dem Quellen und Entquellen einer zellularen Schicht in einem mehrlagigen System beruht. Ziel des Projekts ist es, die Funktionsweise des biologischen Vorbilds in ein technisches System zu ubertragen. Ein hygroskopisches Hydrogel, welches durch Quellen zur bewegungsinduzierenden Schicht (aktive Schicht) wird, und ein Polymerfilm, welcher kein Wasser aufnimmt aber zur Stabilitat beitragt (passive Schicht), werden durch eine gezielte chemische Verankerungsreaktion kovalent miteinander verbunden. Das Quellverhalten des Hydrogels an Luftfeuchtigkeit und dessen Auswirkungen auf den E-Modul wird mit dem des Koniferen Zapfens verglichen, um die exakten physikalischen Bedingungen fur die Funktionsweise zu bestimmen.