Auxetische materialen

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Auxetische materialen
Eigenschappen
Categorie: Materialen
Originele auteur: Christina Diehl en Kostas Drakonakis
Jaar: 2010
Wikipedia link: Auxetics


Inhoud

Handelsnamen

De ontwikkeling van een nieuw auxetisch materiaal en verwerkingstechnieken zijn de laatste jaren vergezeld door een aantal patenten op applicaties and publicaties uit organisaties zoals: Toyota, Yamaha, Mitsubishi, AlliedSignal Inc, BNFL and the US Office of Naval Research, allemaal met betrekking tot het opkomende potentieel van deze materialen.

Beschrijving

Auxetische materialen zijn al honderden jaren bekend maar de wetenschap besteedt er pas sinds eind jaren ‘80 aandacht aan. De term “auxetisch” komt oorspronkelijk van het griekse woord «αυξητικός». Dit woord staat voor “vermenigvuldigend” en dat is het meest geschikte woord om deze categorie van materialen te beschrijven. Auxetische materialen zijn materialen die als basiseigenschap een negatieve Poisson-factor (dwarscontractiecoëfficiënt) hebben. Als aan de zijkant van deze materialen getrokken wordt, dan vindt er een uitbreiding plaats parallel tegen de as waarop de kracht ontstaan en de horizontale oppervlakte(hoe meer men trekt hoe dikker het wordt). Hoewel er veel bekende materialen bestaan die onder auxetisch vallen, bijvoorbeeld: sommige stenen/ mineralen en allerlei soorten papieren, de meest flexibele kunnen aan ons de meeste duidelijke beeld geven over auxetische characteristieken zoals bijvoorbeeld: schuimen.

Eigenschappen

  • Het meest interessante aspect is de negevatieve waarde van de Poisson-factor. Er zijn veel bekende materialen die deze eigenschap bezitten. Als we de klassieke elasticiteitstheorie voor isotropisch materialen bekijken, dan zien wij dat de waardenreeks van de negatieve Poisson-factor twee keer zo groot kan zijn dan die van de positieve Poisson-factor.
  • De reden waarom deze materialen deze eigenschappen hebben, komt door hun macro-/microstructuur en niet door de chemische compositie van de materialen zelf.
  • Auxetische materialen hebben een lage dichtheid en daardoor zijn de verbindingslocaties van de microstructuren flexibel en makkelijk buigbaar.

Be- en verwerkingstechnieken / leveringsvormen

De meest algemene vorm van deze materialen is schuim. De reden daarvoor is dat in deze vorm de materialen het meest van hun karakteristieken en eigenschappen kunnen laten zien. Met behulp van be- en verwerkingstechnieken, worden ze getransformeerd in filters en vezels die later verwerkt kunnen worden in een marktproduct. Auxetische filters zijn makkelijk te reinigen (vanwege hun structuur) en kunnen alleen fuctioneren als het te scheiden materiaal langs de filter stroomt. Daardoor kunnen ze vaker gebruikt worden en hoeven niet vaak vervangen te worden. Auxetische vezels zijn zeer sterk. Bij deze vezels ontstaan er vrij weinig fracties en ze zijn zeer elastisch. Een andere eigenschap van deze vezels is dat ze makkelijk te verwerken zijn.

Toepassingen

Eerst werd het materiaal gebruikt in de nanotechnologie zoals:

  • Piëzoelektrische sensoren, piezoelektrische actuatoren
  • Lucht- en ruimtevaartindustrie

Versterkingsvezels, smart sensoren, gordels, smart vrachtriemen, explosief-weefsel

  • Voertuigen

Gordels, smart vrachtriemen, explosief-weefsel

  • Composiete materialen

Auxetische vezelversterking in composieten

  • Bouw

Embedded sensors, betonversterking, pyrolytisch grafiet, explosief-weefsel

  • Defensie

Smart vrachtriemen, valhelmen, kogelvrije vesten

  • Filtratie

Geweven structuren die gebruik maken van auxetische vezels, honingraat filters

  • Gezondheidszorg

Flosdraad, hechtingen, drukvoelende stoffen, medische bandages

  • Biomedische industrie

Chirurgische implantaten: longen, aderen, gecontrolleerde afgifte van medicijn, prothetische materialen, dilator

  • Textiel

Smart sensor weefsels, meegaande stoffen, klittenband, touwen, koorden, visnetten, sport kleding

Voordelen

  • Auxetische materialen worden niet gemakkelijk ingedrukt. Andere materialen zullen bij kracht op een bepaald punt buigen of zwakker worden. Met auxetische materialen gebeurd er precies het tegenovergestelde. Auxetische materialen worden dan namelijk dichter (meer geconcentreerd) en daardoor dus ook sterker
  • Uitzetting: als je er aan trekt zet het uit, is dus voordeel (zie eerder genoemde toepassingen)
  • Schuifweerstand: als je er aan trekt zet het uit dus schuift het minder makkelijk
  • Brosheid: als auxetische materialen uit elkaar getrokken worden, dan komen de barsten ver weg van elkaar vanwege de uitzetting van het materiaal zelf. Dat wil zeggen dat auxetische materialen een hoge weerstand tegen breuken hebben
  • Geluiddemping
  • Vibratiedemping
  • Absorptie van ultrasonische energie

Nadelen

  • Recyclemogelijkheden zijn onbekend
  • Porositeit

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen