Slimme materiaalsystemen voor aanpasbare architectonische toepassingen  Charlotte Lelieveld   Promovenda Architectural Eng...
Outline <ul><li>Smart materials in architectuur </li></ul><ul><li>Voorbeeldprojecten </li></ul><ul><li>Onderzoek </li></ul>
Smart Material Systems <ul><li>Sensorische en actuation eigenschappen </li></ul><ul><li>Intrinsieke   materiaal eigenschap...
Smart Material Systems <ul><li>Passieve Systeem- reageert onmiddelijk op veranderbare stimuli  </li></ul><ul><li>Actief Sy...
Architecture
Smart Material Systems <ul><li>Self Healing Materials </li></ul><ul><li>Polymeren - Polymeren laden met ionen </li></ul><u...
Smart Material Systems <ul><li>Klimaat en daglicht systemen </li></ul><ul><li>Actieve and passieve geïntegreerde systemen ...
Smart Material Systems <ul><li>Passieve systeem </li></ul><ul><li>Tropic-opaak </li></ul><ul><li>Thermochromic translucent...
Smart Material Systems 12-48hr, kleur, kleine oppervlakte, degraderen, transparant Buizen Energie transprarante fase phase...
Smart Material Systems
Smart Material Systems <ul><li>Thermochromisch </li></ul><ul><li>Warmte activatie </li></ul><ul><li>Electro/photo/gaso/ </...
Smart Material Systems <ul><li>Phase change materials </li></ul><ul><li>Binnenklimaat </li></ul><ul><li>Passieve systeem <...
Smart Material Systems <ul><li>Phase change materials </li></ul><ul><li>Paraffine of zoutoplossing in capsules </li></ul><...
Smart Material Systems <ul><li>Rheological fluid   </li></ul><ul><li>Viscositeit veranderd </li></ul><ul><li>Geactiveerd d...
Smart Material Systems <ul><li>Rheological fluid   </li></ul><ul><li>Miraikan gebouw, Japan </li></ul><ul><li>Dong Ting La...
Smart Material Systems <ul><li>Self cleaning </li></ul><ul><li>Titandioxide </li></ul><ul><li>Afname concentratie fijnstof...
Smart Material Systems <ul><li>Self cleaning window </li></ul><ul><li>Hydrofiel </li></ul><ul><li>Katalysator lost niet ze...
Smart Material Systems <ul><li>Photovoltaic cells </li></ul><ul><li>・ 5V, 450mW </li></ul>
Projecten
Smart Material Systems <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Geheugenlegering </li></ul><ul><li>Philip Beesley-  </li></ul>...
Smart Material Systems <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Electro actieve polymeren </li></ul><ul><li>Electrische stroom...
Onderzoek
Concept <ul><li>Vorm morphing component </li></ul><ul><li>Scharnier principe </li></ul><ul><li>Vervorming fixeren, zonder ...
Concept <ul><li>Nadeel mechanische systemen </li></ul><ul><li>Complexe systemen </li></ul><ul><li>Zware en grote construct...
Concept <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Shape Memory Alloys/    Geheugenlegeringen </li></ul><ul><li>Warmte activatie...
Concept <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Shape Memory Polymer/   Geheugenpolymeer </li></ul><ul><li>Thermo responsief ...
Concept <ul><li>Geheugenpolymeer Matrix </li></ul><ul><li>Geheugenalloy Actuators </li></ul>
Concept <ul><li>Shape Memory Polymer Matrix </li></ul><ul><li>Shape Memory Alloy Actuators </li></ul>
Concept <ul><li>Passieve verwarming </li></ul>
Concept <ul><li>Weerstandverwarming </li></ul><ul><li>Geïntegreerde verwarming polymeer </li></ul>
Toepassing Wind & daglichtsysteem
Adaptive Facade System Wind optimalisatie
Toepassing Ventilatie & Functionaliteit
Toepassing Ventilatie & Functionaliteit
Conclusie <ul><li>Verschillende smart material systems op de markt </li></ul><ul><li>Kleine schaal </li></ul><ul><li>Hoge ...
Smart Composites for Architectural Applications Charlotte Lelieveld   PhD researcher  Architectural Engineering  Delft Uni...
Smart Material Systems <ul><li>Actuators </li></ul><ul><li>Piezo ceramic/ polymer </li></ul><ul><li>Mechanical deformation...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Booosting 19april2011_Nieuwe Materialen_Charlotte Lelieveld tud smart materials

568

Published on

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
568
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
17
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide
  • Smart materialz beschikken over de eigenschap om automatsch en inherent veranderingen in hun omgeving te kunnen waarnemen en hierop te reageren met een specifieke actie of actuatie. Ze beschikken over sensorische en responsieve eigenschappen. Ze kunnen reageren op verschillende stimuli Mostly found on small scale application.
  • Self healing polymers, polymeren laden met ioenen, deze bind met een tegengesteld geladen ion, eindeloos process, maar actieve activatie. Capsules in elastomere is limited Barsten scheueren de capsules open, Herstel middel komt vrij, komt in contact met de katalysator, en herstel process start op, 75 % vam sterkte wordt herstelt Nadeel: er ontstaat een litteken, op deze plek kan een barst niet nogmaals genezen caoutchouc tree _ rubber boom
  • Surface changes, different light is absorbed Set color
  • Endotherm costs heat- melting Exotherm release heat Lightgewicht bouwen building, warmte acculumatie Zout oplossing of glycerol (was) Salt hydrate or glycerol based (fire problem) capsulated retofitting
  • Endotherm costs heat- melting Exotherm release heat Nieuwbouw licht gewicht, heat acculumation Salt hydrate or glycerol based (fire problem) capsulated retofitting
  • The Dong Ting Lake Bridge in China Miraikan in Japan OPgeslagen energie wordt weggeleid naar fundering
  • Fotokatalytische reactie, gebruikt UV licht voor de reiniging van lucht Hydrofiele oppervlakte De snelheid van het reinigen is afhankelijk van de lichtintenstiet en de wind Reactie kan eindeloos herhaald worden, alleen een electron wordt aan het process geleverd, welke door het zonlicht vrijkomt, deze maakt de vervuilde molecuul instabiel,w aardoor deze in een onschadelijke samenstelling vervalt.
  • Fotokatalytische reactie, gebruikt UV licht voor de reiniging van lucht Hydrofiele oppervlakte De snelheid van het reinigen is afhankelijk van de lichtintenstiet en de wind Reactie kan eindeloos herhaald worden, alleen een electron wordt aan het process geleverd, welke door het zonlicht vrijkomt, deze maakt de vervuilde molecuul instabiel,w aardoor deze in een onschadelijke samenstelling vervalt
  • Crystallization
  • Aanzienlijek hoge voltages Nadeel: niet echt gebruiksvriendelijk Hoge vermoeiing Niet-structureel Voorgespannen geproduceert
  • Concept is gebaseerd op twee dimesnionele deformatie Het component moet kunnen deformeren en terugbuigen vanuit zijn intrinsieke materiaal eigenschap The deformatie moet herhaald kunnen worden Na de vervorming moet de vorm geficxeerd worden en structurele eigenschappen bezitten, zodat dit principe bijvoorbeeld extern toepasbaar is.
  • Currentlu, adaptive architcetural components are realized with mechanical systems. This will lead to large and complex constructions, with considerable weight. When using smart material systems, lightweight noiseless systems can be realized.
  • Kan meer kracht leveren dan nodig is om zichzelf te herstellen, waardoor gebruikt kan worden als actuator Crystallization 500 gram
  • Thermoharder material Bevries vervorming Tg- glass transitie temperatuur, wordt rubberachtig, als het materiaal afkoelt, dan herwint deze zijn stijve eigenschap Mogelijk om zelf te herstellen 200% verlenging 98% herstel
  • Smart composite is gemaakt van geheugen polymeer en legering. Beiden worden thermisch geactiveerd Bovenste filmpje polymeer met geintegreerde verwarminsgdraden, zodat er plaatselijk verwarmd kan worden Onderste filmpje, alloy geactiveerd door omgevings verwarming (in oven)
  • Geheugen legering zorgt voor de deformatie vand e composiet, terwijl de polymeer de deformatie fixeert, Heirdoor is het mogelijk om een component et maken wleke niet constastnt energie nodig heeft om zijn deformatie te handhaven De composiet betsaat uit twee soorten geheugenlegereingen welke als antagonsiten werken. Twee actuatoren zorgen voor de vervorming, en de andere zorgt voor het herstel. Deze is kleiner, odmat de polymeer ook zelf terug wilt naar zijn oorspronkelijke vorm, maar niet genoeg kracht kan leveren om de legering mee te vormen. The SMA will take care of the deformation of the composite, and the SMP will be able to fixate the deformation. This makes it possible to realize a component which doesn’t acquirean active control system to maintain teh deformation SMPs are rigid during room temperature, and will become rubbery above its glass transition temperature, when the material can be easily deformed. When cooled down, the material regains its full rigid properties. When the material is heated subsequently, the material will return to its original position, under free recovery. The deformation of the composite is activated by antagonist SMA strips. Where the one SMA will enable the deflection, the other SMA will enhance recovery together with the SMP, which can only recover itself. By only activate either one of the two antagonist shaped SMA’s a two way bending behavior of the component can be found.
  • Geintegreerde SMA in SMP matrix. Bottom movie the behavior of a small smart composite
  • Integrated SMA in SMP matrix. Bottom movie the behavior of a small smart composite
  • Smart composiet toegepast als geveltesselatie, voor ventilatie en zonneweringsdoeleinden Door de structurele eigenschap kan het composiet extern toegepast worden, zonder dat bijvoorbeeld wind en regen belasting de vorm beinvloed. Dit systeem kan ook passief toegepast worden, waarbij zonlicht gebruikt kan worden als stimulus
  • Gevelelementen voor eindbelasting controle. Kan zich gedragen als de vacht van een dier, de wind kan gecontroleerd over de gevel gevoerd worden, om de koelte van de noordzijde naar de zuidzijde te verplaatsen door middel van windcontrole
  • Facade elements for windload control. Can behave like the fur of an animal, the wind can be controlled on the facade surface
  • Negative polarity stretch/ compress Small deformation, small electric current- no usable as energy harvesting system Speakers transducers
  • Booosting 19april2011_Nieuwe Materialen_Charlotte Lelieveld tud smart materials

    1. 1. Slimme materiaalsystemen voor aanpasbare architectonische toepassingen Charlotte Lelieveld Promovenda Architectural Engineering Technische Universiteit Delft [email_address]
    2. 2. Outline <ul><li>Smart materials in architectuur </li></ul><ul><li>Voorbeeldprojecten </li></ul><ul><li>Onderzoek </li></ul>
    3. 3. Smart Material Systems <ul><li>Sensorische en actuation eigenschappen </li></ul><ul><li>Intrinsieke materiaal eigenschap </li></ul><ul><li>Omkeerbaar </li></ul>Thermisch pH Magnetisme Photo Hydro Elektrisch Chemical Mechanisch Mechanisch Electro Viscositeit Vervorming Transparantie Kleur Stimuli Action
    4. 4. Smart Material Systems <ul><li>Passieve Systeem- reageert onmiddelijk op veranderbare stimuli </li></ul><ul><li>Actief Systeem- materiaal wordt geactiveerd by controle systeem </li></ul>Stimulus Action/ actuation Stimulus Systeem Gebruiker Action/ actuation Passief Systeem Actief Systeem
    5. 5. Architecture
    6. 6. Smart Material Systems <ul><li>Self Healing Materials </li></ul><ul><li>Polymeren - Polymeren laden met ionen </li></ul><ul><li>- Capsules met lijm </li></ul><ul><li>Beton -Bacterie maakt calcite </li></ul><ul><li>Metaal </li></ul><ul><li>Coating (verf) </li></ul>www.umsicht.fraunhofer.de www.selfhealingmaterials.nl
    7. 7. Smart Material Systems <ul><li>Klimaat en daglicht systemen </li></ul><ul><li>Actieve and passieve geïntegreerde systemen </li></ul><ul><li>Kleur/ transparency veranderd </li></ul><ul><li>Electro/ thermo/ foto/ gasochromic </li></ul><ul><li>Electro/ thermotropic </li></ul><ul><li>Suspended Particles </li></ul>
    8. 8. Smart Material Systems <ul><li>Passieve systeem </li></ul><ul><li>Tropic-opaak </li></ul><ul><li>Thermochromic translucent </li></ul>Technologie Stimulus Visuele lichttransmissie transparant Visuele lichttransmissie opaak Producenten Fotochromisch (PC) Ultraviolet licht 60% 4% Fraunhofer Thermotropisch (TC) Temperatuur 70 % 16-44% Okalux Thermochromisch Temperatuur >50% <10% Pleotint
    9. 9. Smart Material Systems 12-48hr, kleur, kleine oppervlakte, degraderen, transparant Buizen Energie transprarante fase phase, Verschillende kleuren Actieve systemen Technologie Stimulus Visuele lichttransmissie transparant Visuele lichttransmissie opaak Energie consumptie Producenten Electrochromisch (EC) Electriciteit 70-50 % 3.5-10% 1-5 V Sage Electrochromics, Saint Gobain, Gesimat Gasochromisch (GC) Waterstof 50-60% 11-15% Interpane Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC) Electriciteit 80% 30% 24-100V Peer + , Interpane, Saint Gobain, Prodisplay Suspended particle device (SPD) Electriciteit 80% 50% 100V Research Frontiers Inc.
    10. 10. Smart Material Systems
    11. 11. Smart Material Systems <ul><li>Thermochromisch </li></ul><ul><li>Warmte activatie </li></ul><ul><li>Electro/photo/gaso/ </li></ul>
    12. 12. Smart Material Systems <ul><li>Phase change materials </li></ul><ul><li>Binnenklimaat </li></ul><ul><li>Passieve systeem </li></ul><ul><li>Fase verandering bij verschillende T </li></ul><ul><li>Warmte accumulatie </li></ul><ul><li>Latente warmte opslag </li></ul>www.capzo.nl www.basf.com
    13. 13. Smart Material Systems <ul><li>Phase change materials </li></ul><ul><li>Paraffine of zoutoplossing in capsules </li></ul><ul><li>30-50 jaar </li></ul><ul><li>Gips/ pleister </li></ul>
    14. 14. Smart Material Systems <ul><li>Rheological fluid </li></ul><ul><li>Viscositeit veranderd </li></ul><ul><li>Geactiveerd door magnetism e/ electrische stroom </li></ul><ul><li>Lage viscositeit-bijna vloeibaar </li></ul>www.lord.com
    15. 15. Smart Material Systems <ul><li>Rheological fluid </li></ul><ul><li>Miraikan gebouw, Japan </li></ul><ul><li>Dong Ting Lake brug, China </li></ul>
    16. 16. Smart Material Systems <ul><li>Self cleaning </li></ul><ul><li>Titandioxide </li></ul><ul><li>Afname concentratie fijnstof </li></ul><ul><li>Ontgifting van regenwater NO x into NO - 3 </li></ul><ul><li>Self cleaning surface, bacterie, pollen, stof, schimmels </li></ul><ul><li>Foto synthese </li></ul><ul><li>Regenwater voor oppervlakte reiniging </li></ul><ul><li>Kan in verschillende mengsels toegevoegd worden </li></ul>www.enci.nl www.pilkingtonselfcleaningglass.co.uk www.airrevolution.co.za puregreencoatings.com
    17. 17. Smart Material Systems <ul><li>Self cleaning window </li></ul><ul><li>Hydrofiel </li></ul><ul><li>Katalysator lost niet zelf op-reactie is eindeloos </li></ul><ul><li>10-20% duurder </li></ul>
    18. 18. Smart Material Systems <ul><li>Photovoltaic cells </li></ul><ul><li>・ 5V, 450mW </li></ul>
    19. 19. Projecten
    20. 20. Smart Material Systems <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Geheugenlegering </li></ul><ul><li>Philip Beesley- </li></ul><ul><li>Interactieve installaties </li></ul>
    21. 21. Smart Material Systems <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Electro actieve polymeren </li></ul><ul><li>Electrische stroom activatie </li></ul><ul><li>Manuel Kretzer , ETH Zurich </li></ul>eap.jpl.nasa.gov www.responsivedesign.de
    22. 22. Onderzoek
    23. 23. Concept <ul><li>Vorm morphing component </li></ul><ul><li>Scharnier principe </li></ul><ul><li>Vervorming fixeren, zonder energie input </li></ul><ul><li>Gecontroleerd deformatie </li></ul><ul><li>Terugkeren </li></ul><ul><li>Veelvoudige deformatie </li></ul>
    24. 24. Concept <ul><li>Nadeel mechanische systemen </li></ul><ul><li>Complexe systemen </li></ul><ul><li>Zware en grote constructies </li></ul><ul><li>Geluidsoverlast </li></ul><ul><li>Hoge onderhoudskosten </li></ul>
    25. 25. Concept <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Shape Memory Alloys/ Geheugenlegeringen </li></ul><ul><li>Warmte activatie </li></ul><ul><li>Grote vervormingen </li></ul><ul><li>Fase verandering </li></ul><ul><li>Robotics, medisch </li></ul>
    26. 26. Concept <ul><li>Actuatoren </li></ul><ul><li>Shape Memory Polymer/ Geheugenpolymeer </li></ul><ul><li>Thermo responsief </li></ul><ul><li>Stijf bij lage temperaturen </li></ul><ul><li>Medische, Textiel, aerospace, mallen </li></ul>
    27. 27. Concept <ul><li>Geheugenpolymeer Matrix </li></ul><ul><li>Geheugenalloy Actuators </li></ul>
    28. 28. Concept <ul><li>Shape Memory Polymer Matrix </li></ul><ul><li>Shape Memory Alloy Actuators </li></ul>
    29. 29. Concept <ul><li>Passieve verwarming </li></ul>
    30. 30. Concept <ul><li>Weerstandverwarming </li></ul><ul><li>Geïntegreerde verwarming polymeer </li></ul>
    31. 31. Toepassing Wind & daglichtsysteem
    32. 32. Adaptive Facade System Wind optimalisatie
    33. 33. Toepassing Ventilatie & Functionaliteit
    34. 34. Toepassing Ventilatie & Functionaliteit
    35. 35. Conclusie <ul><li>Verschillende smart material systems op de markt </li></ul><ul><li>Kleine schaal </li></ul><ul><li>Hoge kosten </li></ul><ul><li>Vorm morphing architectuur met het gebruik van smart materials heeft nog veel ontwikkeling nodig </li></ul><ul><li>Smartness is enhanced by (integrated) control system </li></ul>
    36. 36. Smart Composites for Architectural Applications Charlotte Lelieveld PhD researcher Architectural Engineering Delft University of Technology [email_address]
    37. 37. Smart Material Systems <ul><li>Actuators </li></ul><ul><li>Piezo ceramic/ polymer </li></ul><ul><li>Mechanical deformation on electric current </li></ul><ul><li>Electric current upon mechanical deformation </li></ul><ul><li>Polarity depended </li></ul><ul><li>Actuation & sensor application </li></ul><ul><li>Zirconate titanate </li></ul>
    1. A particular slide catching your eye?

      Clipping is a handy way to collect important slides you want to go back to later.

    ×