Material- und Struktursensorik

Belastungssensorik für Leichtbaumaterialien#

© Fraunhofer ENAS
Sensorfilm (elektro-optischer Wandler) und piezoelektrischer Wandler integriert in Faser-Kunststoff-Verbund.

In vielen Bereichen des täglichen Lebens sind optische Informationen ein zentraler Bestandteil unseres Handelns. Elektro-optische Wandler auf Basis von Quantum Dot  können elektrische Informationen detektieren und ohne weiteren Energieverbrauch speichern. Dadurch kann diese Information auch zu einem späteren Zeitpunkt optisch ausgelesen werden, wodurch die elektro-optischen Wandler auf Basis von Quantum Dots eine große Anwendungsvielfalt zur Ereignis- und Zustandsüberwachung bieten. In Kombination mit einem kraftsensitiven Element können so die gespeicherten Informationen als Indikator für den Zustand oder die mechanische Belastung des Leichtbaumaterials verwendet werden. Grundlage dafür bildet eine gemeinsam vom Fraunhofer ENAS und dem Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz entwickelte Sensorfolie, welche mühelos in Leichtbaumaterialien integriert werden kann. Im Ausgangszustand wird UV-Licht durch die in der Folie eingebetteten Quantum Dots in sichtbares Licht umgewandelt. Durch mechanische Belastung werden elektrische Ladungsträger (< 50 nC/mm²) über das Elektrodensystem in die Quantum Dots injiziert und der Wandlungsprozess der Photolumineszenz (PL) in einem Zeitraum von < 1 ms unterbunden. Die Folge ist eine Helligkeitsreduzierung des sichtbaren Lichts, welcher als Indikator für die stattgefundene mechanische Belastung am Leichtbaumaterial genutzt und auch nach über 60 Stunden ausgelesen werden kann. Durch diese Chemnitzer Entwicklung können so Schäden am Bauteil frühzeitig erkannt und rechtzeitig gehandelt werden. Das stellt einen Zugewinn an Sicherheit dar, der auch für viele andere Anwendungsfälle denkbar ist. Diese Arbeit entstand im Rahmen des Bundesexzellenzcluster EXC 1075 »MERGE Technologies for Multifunctional Lightweight Structures« und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung.