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Projekt
Elastokalorische TiNi-basierte Dünnschichten und Bauelemente
Antragsteller
Professor Dr. Manfred Kohl; Professor Dr.-Ing. Eckhard Quandt
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226996689
Dies ist ein Verlängerungsantrag des gemeinsamen Projekts 'Elastokalorische Ti-Ni basierte Dünnschichten und Bauelemente', der auf die Festkörperkühlung mit TiNi-basierten Formgedächtnis-(FG-)Dünnschichten zielt. Während der ersten Förderperiode zeigen wir, dass sich FG-Dünnschicht-Bauelemente durch große Temperaturänderungen bis zu -16 K, hohe Lastwechselfrequenzen schneller als 1 Hz sowie eine extrem hohe Ermüdungsbeständigkeit (> 10 Millionen Zyklen) auszeichnen. Diese Eigenschaften werden in innovativen Kühlbauelementen unter Nutzung der Potenziale von Dünnschicht- und MEMS-Technologien weiter untersucht. Die der Langzeitstabilität zugrunde liegenden Mechanismen werden untersucht, wobei der Fokus auf dem Einfluss von Ausscheidungen, der kristallografischen Kompatibilität von Austenit/Martensit und der Korngröße liegt (E. Quandt). Die Ergebnisse werden dann auf andere Materialsysteme übertragen, wobei die elastokalorische Effektgröße und Effizienz untersucht werden, um besonders geeignete Materialien für elastokalorische Kühlanwendungen auf kleiner Skala zu identifizieren. Bei der Demonstratorentwicklung werden zwei Ansätze verfolgt, die entweder auf Wärmeübertrag zwischen Festkörpern oder zwischen Festkörper und Flüssigkeit basieren (M. Kohl). Der Wärmeübertrag zwischen Festkörpern wird verbessert, sowohl durch Anpassung von Form und Anpresskraft der sich berührenden Flächen, als auch durch Erprobung von thermisch leitfähigen Schichten und mikro-/nanostrukturierten Oberflächentopographien. Der Wärmeübertrag zwischen Festkörper und Flüssigkeit wird an einem Regenerator-basierten elastokalorischen Demonstrator erforscht. Finite-Elemente-Simulationen werden auf Bauelementeebene durchgeführt, wobei die thermomechanische Kopplung des FG-Dünnschicht-Bauelements mit seiner Umgebung berücksichtigt wird. Demonstratorsysteme (M. Kohl und E. Quandt) werden aufgebaut und bezüglich Kühlleistung und Dauerbetrieb bewertet. Das Potential für Mikrokühlanwendungen wird für den Fall eines Lab-on-Chip-Systems evaluiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
