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Projekt
Strömungskontrolle mit porösen magnetischen Hybridmaterialien
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Jürgen Eckert; Dr. Anja Waske
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2013 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238054700
Unser Antrag - Strömungskontrolle mit porösen magnetischen Hybridmaterialien - im Rahmen des SPP 1681 hat zum Ziel, ein magnetisches Hybridmaterial, dessen Durchflusseigenschaften mithilfe eines Magnetfeldes steuerbar sind, zu entwickeln. Dazu soll ein Hybridmaterial aus formanisotropen magnetischen Mikropartikeln und einer elastische Matrix mit Kanälen hergestellt werden und dessen magnetische, mechanische und strömungsmechanische Eigenschaften untersucht werden. Die Veränderung der Kanaleigenschaften soll über das Verkippen des Magnetfeldes und der damit verbundenen Winkeländerung der Partikel erfolgen, welche wiederum die Matrix elastisch verformen. Durch Formänderung des Kanalquerschnitts (z.B. kreisförmig zu elliptisch) soll eine Verkleinerung des hydraulischen Durchmessers und ein infolgedessen ansteigender Druckabfall erzielt werden.Die externe Steuerbarkeit der strömungsmechanischen Eigenschaften in einer solchen Membran könnte vielfältige Anwendungen haben, beispielsweise als Separator oder als Teil des Separators in einer Li-/Na-Ionen-Batterie, deren Permeabilität z.B. für den Ionentransport, im Falle einer übermäßigen Wärmeentwicklung der Batterie limitiert werden muss. Dies wird umso wichtiger je größer der Batterie-Stack wird, z.B. bei smart grid - Speichern. Weiterführend können Anwendungen im Bereich der Filtration, beispielsweise von Trinkwasser, interessant werden. Hier würde ein Filter von zwei wichtigen Eigenschaften des vorgestellten Hybridmaterials profitieren. Einerseits könnte man den hydraulischen Durchmesser, und damit auch den Druckverlust über dem Filter bzw. den Volumenstrom durch den Filter mithilfe des externen Magnetfeldes regulieren. Andererseits könnte man dem Problem des Biofouling, also der fortschreitenden Anlagerung von Bakterien- und Algenspezies an der inneren Filteroberfläche, dadurch begegnen, dass in geeigneten Zeitabständen die Oberfläche des Filters durch ein wechselndes Magnetfeld gerüttelt wird, so dass die Haftung zwischen den Anlagerungen und der Oberfläche verringert wird und diese nach außen abtransportiert werden können. In einer weiteren Anwendung könnte durch ein sich veränderndes Gradientenfeld auch ein Pumpeffekt in den Kanälen des Hybridmaterials erzeugt werden, so dass es zu einem Transport von Flüssigkeit durch das Material kommt. In der ersten Förderperiode des SPP soll im Rahmen des vorliegenden Projekts die prinzipielle Machbarkeit eines solchen neuartigen magnetischen Aktormaterials gezeigt werden. Dazu wird ein umfangreicher Arbeitsplan vorgeschlagen, der die mikroskopische, magnetische und mechanische Charakterisierung der verwendeten Komponenten und des fertigen Hybridmaterials umfasst. Durch die stark interdisziplinär aufgestellte Thematik ist es notwendig, intensive Kooperationen mit Arbeitsgruppen angrenzender Gebiete zu betreiben.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
