Hierarchisch programmierbare Materialien mit sich ausbreitenden reizempfindlichen Elementen und metamaterieller Ultrastrukturierung
In diesem Projekt entwickeln die Forscher*innen neue adaptive Materialien, die sie mit hochauflösenden additiven Fertigungstechniken in 3D strukturieren können. Das Ziel besteht darin, mit den weichen makromolekularen Materialien funktionelle Materialsysteme zu realisieren, die zu Verhaltensweisen wie Lernen, Erinnern und Vergessen sowie der Signalübertragung fähig sind. Neben dem molekularen Design der Materialien dient das Projekt auch ihrer strukturellen Verarbeitung, der skalenübergreifenden Analyse und der Montagekontrolle.
Funktionale Materialformate umfassen mechanische Oberflächentopographien mit unterstrukturierten Elementen. Auf mechanische Kräfte reagieren diese über schaltbare Strukturzustände. Die Materialsysteme kombinieren Strukturelemente mit positiver, negativer und Null-Poissonzahl mit mechanischen Elementen, die bistabile mechanische Zustände kodieren. Diese dienen dazu, mechanische Impulse auf definierte, mechanisch schaltbare Bereiche innerhalb des Materials zu lenken und diese zu verriegeln. Sie bleiben als stabile Zustände bestehen, können jedoch durch äußere Reize wieder „gelöscht“ werden (Vergessen).
In diesem Forschungsprojekt geht es darum, neuartige ultraelastische, widerstandsfähige sowie gestaltbare und auf Stimuli (z. B. Temperatur) reagierende makromolekulare Materialien (auf Proteinbasis) herzustellen und diese strukturell zu verarbeiten. Dies erfordert modernste hochauflösende additive Fertigungstechniken, welche eine ultrastrukturelle 3D-Verarbeitung garantieren. Zudem ist eine eingehende physikochemische Analyse der Struktur-Funktions-Beziehungen notwendig. Durch die Simulation physikalischer Materialreaktionen gewinnen die Forscher*innen außerdem Einblicke in die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Ein weiteres Ziel besteht darin, Umweltreize über μ-fluidische Elemente zu steuern.