Home | english  | Impressum | Sitemap | KIT
Manfred Kohl
Kontakt
Prof. Dr. Manfred Kohl

Telefon: +49 721 608-22798

manfred kohlDtk7∂kit edu

Lehrveranstaltungen und mehr…

Smart Materials and Devices

Die Forschungsthemen der Abteilung “Smart Materials and Devices” sind an der Schnittstelle der Themengebiete „Smart Materials“, „Smart Structures“ und „Nano-/Micro Technologies“ angesiedelt. Entsprechend zielen die laufenden Arbeiten auf die Herstellung und Charakterisierung neuartiger intelligenter Materialien, die Entwicklung darauf basierender intelligenter Bauteile-Designs und materialspezifische Mikro-/Nano-Technologien.

Intelligente Materialien zeichnen sich durch multifunktionale Eigenschaften aus. Insbesondere zeigen sie sensorische und aktorische Funktionen, die durch intrinsische Kopplungseffekte hervorgerufen werden. Dazu zählen ferroische Materialien, wie z. B. Formgedächtnislegierungen (Ferroelastizität) oder Piezoelektrika (Ferroelektrizität), und multiferroische Materialien, die mehrere ferroische Eigenschaften zeigen, z. B. ferromagnetische Formgedächtnislegierungen. Aufgrund einer martensitischen Phasenumwandlung zeigen diese Materialien starke, abrupte Änderungen ihrer physikalischen Eigenschaften, die auch in kleinen Dimensionen zu großen Effekten führen. Daher sind sie für Anwendungen auf der Mikrometer- und Nanometerskala prädestiniert.

 

Intelligente Aktoren

Formgedächtnislegierungen zeigen sehr große Dehnungen bis über 10% und im Vergleich zu anderen Aktorprinzipien höchste Arbeitsdichten in der Größenordnung 10 J/mm³. Diese Eigenschaften werden bei der Entwicklung neuartiger intelligenter Aktoren gezielt genutzt. Entwicklungsbeispiele: Modellbildung und Simulation, Mikrogreifer, Mikroventile, Mikroscanner, Mikropositionierung
 

Mikro-Energietechnik

Große Energiereserven sind in relativ kleinen Temperaturunterschieden der Größenordnung 10-20 K oder in Schwingungen bei niedrigen Frequenzen < 100 Hz vorhanden. Mit Hilfe intelligenter Materialien lassen sich diese Energien gezielt wandeln und speichern (Energy Harvesting). Ein weiteres aktuelles Thema der Mikro-Energietechnik ist die Entwicklung neuartiger Festkörper-basierter Kühlsysteme. Formgedächtnislegierungen zeigen sehr große Änderungen ihrer latenten Wärme bis zu 20 J/g, die für Kühlanwendungen genutzt werden. Entwicklungsbeispiele: Vibrations-Energy-Harvesting, Thermisches Energy-Harvesting, Elastokalorisches Kühlen
 

Nanostrukturen

Ziel der Arbeiten ist die Einführung mechanisch beweglicher Nanostrukturen mit Aktor- und Sensorfunktionen, um den Weg zu einer neuen Generation intelligenter Nanosysteme zu ebnen. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung zuverlässiger Herstellungsprozesse für Nanostrukturen mit kritischen Dimensionen unterhalb 100 nm. Neuartige In-Situ-Messverfahren sind erforderlich, um die physikalischen Kenngrößen im Nanometermaßstab zu charakterisieren. Auf dieser Größenskala treten Skalierungs- und Kopplungseffekte auf, deren Verständnis Voraussetzung für die Entwicklung neuer Nano-Bauelemente ist. Entwicklungsbeispiele: RIE/RIBE-Clusteranlage, Formgedächtnis-Nanoaktoren, EU-Projekt Navolchi, plasmonische Strukturen und Bauelemente
 

Nanofaser-Sensoren

Durch Hochtemperatur-Kondensation werden dielektrische SnO2-Nanofasern hergestellt, die Ausgangsmaterial zur Entwicklung neuartiger Gas- und optischer Sensoren sind. Bedingt durch deren Kleinheit werden kurze Zeitkonstanten sowie eine hohe Empfindlichkeit erzielt. Entwicklungsbeispiele: Hochtemperatur-Kondensation, EU-Projekt Smokesense, optische Nanofaser-Sensoren