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Adaptive Materialien

   
Bild: Gequollenes Hydrogel
   
Gequollenes Hydrogel (Quelle: www.hydrogele.de)

 

Hydrogele sind hydrophile Polymernetzwerke, die auf Eigenschaftsänderungen ihrer Umgebung (z.B. Temperatur, pH-Wert, Konzentration dritter Stoffe oder ein elektrisches Feld) reagieren können, indem sie quellen bzw. schrumpfen. Sie werden als "Intelligente" Materialien bezeichnet, da sie ihre Eigenschaften den äußeren Einflüssen anpassen bzw. gezielt zu Eigenschaftsänderungen stimuliert werden können. Diese Fähigkeit zur stimulierbaren Eigenschaftsänderung (Volumen, Festigkeit usw.) verleiht den Hydrogelen ein hohes Entwicklungspotenzial als zukunftsträchtige Funktionswerkstoffe für technische, biomedizinische oder naturwissenschaftliche Anwendungen. Allerdings können viele mögliche Anwendungen mit den heute verfügbaren Hydrogelen nicht erfolgreich realisiert werden, da diese die hierfür erforderlichen, spezifischen Eigenschaften noch nicht in ausreichendem Maße aufweisen und grundlegende Zusammenhänge zwischen Synthese, Struktur und Eigenschaften nicht ausreichend geklärt sind. (Quelle: www.hydrogele.de)

Am Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen (ISD) der Universität Stuttgart wird die Modellierung der Hydrogele mit Hilfe einer gekoppelten chemo-elektro-mechanischen Mehrfeldformulierung weiterentwickelt. Die vollständig gekoppelte Formulierung wurde bereits um den Einfluss der Temperatur erweitert, es wurden konzentrations- und temperaturabhängige Steifigkeiten eingebaut, sowie das Aktor- und Sensorverhalten untersucht [Referenz "Modelling of Temperature-Sensitive Polyelectrolyte Gels by the Use of the Coupled Chemo-Electro-Mechanical Formulation"].
Eine weitere Untersuchung hat sich mit dem pH-Stimulus dieser elektrolytischen Hydrogele beschäftigt [Referenz "Modeling and simulation of pH-sensitive hydrogels"]. Mit der entwickelten Formulierung können somit Simulationen der gekoppelten Felder unter chemischer, elektrischer, thermischer und mechanischer Stimulation durchgeführt werden, vgl. Abbildung.

 

   
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Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Karsten Keller