Booosting 19april2011_Nieuwe Materialen_Charlotte Lelieveld tud smart materials

Challenge the future

DelftUniversity ofTechnology

Slimme materiaalsystemen voor aanpasbare architectonische toepassingen Charlotte Lelieveld

PromovendaArchitectural Engineering Technische Universiteit DelftC.M.J.L.Lelieveld@tudelft.nl

2Smart Materials for architectural application

Outline

• Smart materials in architectuur• Voorbeeldprojecten• Onderzoek

Smart Material Systems

• Sensorische en actuation eigenschappen• Intrinsieke materiaal eigenschap• Omkeerbaar

ThermischpH

MagnetismePhotoHydro

ElektrischChemical

Mechanisch

MechanischElectro

ViscositeitVervorming

TransparantieKleur

Stimuli Action

• Passieve Systeem- reageert onmiddelijk op veranderbare stimuli • Actief Systeem- materiaal wordt geactiveerd by controle systeem

Stimulus Action/ actuation

Stimulus Systeem

Gebruiker

Action/ actuation

Passief Systeem

Actief Systeem

Architecture

• Self Healing Materials• Polymeren- Polymeren laden met ionen- Capsules met lijm• Beton-Bacterie maakt calcite• Metaal• Coating (verf)

www.umsicht.fraunhofer.de

www.selfhealingmaterials.nl

Klimaat en daglicht systemen• Actieve and passieve geïntegreerde systemen• Kleur/ transparency veranderd • Electro/ thermo/ foto/ gasochromic• Electro/ thermotropic• Suspended Particles

Passieve systeem• Tropic-opaak• Thermochromic translucent

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

12-48hr, kleur, kleine

oppervlakte, degraderen, transparant

Buizen

Energie transprarante fase phase,

Verschillende kleuren

Actieve systemen

Technologie Stimulus Visuele lichttransmissie transparant

Visuele lichttransmissieopaak

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.

Thermochromisch• Warmte activatie• Electro/photo/gaso/

Phase change materials• Binnenklimaat• Passieve systeem• Fase verandering bij verschillende T• Warmte accumulatie• Latente warmte opslag

www.capzo.nl

www.basf.com

Phase change materials• Paraffine of zoutoplossing in capsules• 30-50 jaar• Gips/ pleister

Rheological fluid • Viscositeit veranderd• Geactiveerd door magnetisme/ electrische stroom• Lage viscositeit-bijna vloeibaar

www.lord.com

Rheological fluid • Miraikan gebouw, Japan• Dong Ting Lake brug, China

Self cleaningTitandioxide• Afname concentratie fijnstof• Ontgifting van regenwater NOx into NO-

• Self cleaning surface, bacterie, pollen, stof, schimmels• Foto synthese• Regenwater voor oppervlakte reiniging• Kan in verschillende mengsels toegevoegd worden www.enci.nl

www.pilkingtonselfcleaningglass.co.ukwww.airrevolution.co.zapuregreencoatings.com

Self cleaning window• Hydrofiel• Katalysator lost niet zelf op-reactie is eindeloos • 10-20% duurder

Photovoltaic cells

・ 5V, 450mW

Projecten

• Actuatoren• Geheugenlegering• Philip Beesley- • Interactieve installaties

• Actuatoren• Electro actieve polymeren• Electrische stroom activatie• Manuel Kretzer, ETH Zurich

eap.jpl.nasa.govwww.responsivedesign.de

Onderzoek

Concept

• Vorm morphing component• Scharnier principe• Vervorming fixeren, zonder energie input• Gecontroleerd deformatie• Terugkeren• Veelvoudige deformatie

Concept

Nadeel mechanische systemen• Complexe systemen• Zware en grote constructies• Geluidsoverlast• Hoge onderhoudskosten

Concept

• Actuatoren• Shape Memory Alloys/ Geheugenlegeringen• Warmte activatie• Grote vervormingen • Fase verandering• Robotics, medisch

Concept

• Actuatoren• Shape Memory Polymer/ Geheugenpolymeer• Thermo responsief• Stijf bij lage temperaturen• Medische, Textiel, aerospace, mallen

Concept

• Geheugenpolymeer Matrix• Geheugenalloy Actuators

Concept

• Shape Memory Polymer Matrix• Shape Memory Alloy Actuators

Concept

• Passieve verwarming

Concept

• Weerstandverwarming• Geïntegreerde verwarming polymeer

ToepassingWind & daglichtsysteem

Adaptive Facade SystemWind optimalisatie

ToepassingVentilatie & Functionaliteit

Conclusie

• Verschillende smart material systems op de markt• Kleine schaal• Hoge kosten• Vorm morphing architectuur met het gebruik van smart materials heeft nog veel ontwikkeling nodig• Smartness is enhanced by (integrated) control system

Smart Composites for Architectural ApplicationsCharlotte Lelieveld PhD researcher Architectural Engineering Delft University of TechnologyC.M.J.L.Lelieveld@tudelft.nl

• Actuators• Piezo ceramic/ polymer• Mechanical deformation on electric current• Electric current upon mechanical deformation• Polarity depended• Actuation & sensor application• Zirconate titanate

Booosting 19april2011_Nieuwe Materialen_Charlotte Lelieveld tud smart materials

Technology

Booosting nieuwsbrief #3

Booosting nieuwsbrief #7

20160615 Booosting Digitaal Vakmanschap in de Architectuur - Pieter Stoutjesdijk (TUD / TheNewMakers)

Booosting nieuwsbrief #8

Booosting nieuwsbrief #5

Booosting nieuwsbrief 018

20160615 Booosting Digitaal Vakmanschap in de Architectuur - Marcel Bilow (TUD)

Booosting nieuwsbrief #4

Booosting human drivenhealthcare_egm_13okt11

Booosting 24mei11 innovatie_loont_berendgroenevedinterdam

20151216 - Booosting - Job Schroën TUD en September architectuur

Booosting nieuwsbrief #6

Booosting 27mei2010 octatube_cardboard2

Booosting nieuwjaarsborrel 2009

Booosting BIM II - TUD Sevil Sariyildiz - 15 december 2014

Booosting nieuwsbrief #9

20160515 Booosting Digitaal Vakmanschap - Booosting voorzitters Heijnis en Capel

Booosting InnovatorPitch.DP6.20april2010

Booosting nieuwsbrief #2

Booosting 24mei11 innovatie_loont_andrehameetemerford