Oberflächen werden intelligent - hörbar, sichtbar und fühlbar gemachte Effekte

31.08.2009 - Deutschland

Was verbindet einen Lautsprecher, einen Sensor und drahtlose Energieübertragung? Gemeinsam ist allen die Nutzung von Oberflächeneffekten: Thermoakustische, kapazitive und induktive Effekte werden dabei durch Beschichtungen hervorgerufen oder kontrolliert.

"Innovation findet an der Oberfläche statt", sagt Ivica Kolaric, Leiter der Abteilung "Prozessengineering funktionaler Materialien" am Fraunhofer IPA, und ergänzt: "Mittels Beschichtungen können viele Effekte an der Oberfläche hervorgerufen werden oder in ihrer Wirkung kontrolliert werden." Einmal sind damit konkret Beschichtungen aus Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNT) gemeint: Dünne Beschichtungen aus CNTs können dabei als Lautsprecher wirken: Dabei wird die Luft über der stromdurchflossenen Beschichtung so schnell erhitzt (und kann danach auch wieder abkühlen), dass die Luft zu hörbaren Schwingungen angeregt wird. Der Heizstrom durch die Beschichtung wird dafür um einen mittleren Strom herum mit einem Musiksignal moduliert. Durch die äußerst dünne Schicht und die geringe Wärmekapazität des CNT-Materials kann die Erhitzung der Luft schnell genug kontrolliert werden.

"Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, dass keinerlei mechanisch bewegliche Elemente benötigt werden, um Töne hervorzubringen. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Druckbarkeit solch eines Hochtöner-Lautsprechers", meint Gruppenleiter Carsten Glanz. Verdruckbar ist auch der kapazitive Berührungssensor aus einem CNT-Komposit-Material: Die Elektrodenstruktur des Berührungssensors kann auf verschiedene Materialien aufgebracht werden. Berührt man den Sensor mit einem Finger, kann der Finger lokalisiert werden. Beispielsweise ist eine Lautstärkeregelung durch den gleitenden Finger auf der Oberfläche möglich.

Neben elektrisch leitfähigen Schichten können magnetisch leitfähige Schichten neuartige induktive Energieübertragungsverfahren ermöglichen: "Die Führung des magnetischen Flusses wird hier ähnlich wie in einem Trafo nötig. Oberflächenmodifikationen mit speziellen magnetischen Materialien können hier helfen", sagt der Wissenschaftler Dr. Friedemann Tonner. Bei hohen Frequenzen wird zudem der elektrische Strom an die Oberfläche verdrängt.

Zur 50-Jahr-Feier des Fraunhofer IPA ist Anfang Juli eine induktive Energieübertragung, die weitgehend magnetisch abgeschirmt ist, demonstriert worden. In der Nut eines Montageprofils wird genügend Energie übertragen, um Sensoren und Aktoren zu versorgen. "Sensoren können so ohne Änderung der Verkabelung an einen anderen Ort gesetzt werden, Aktoren könnten sich sogar auf dem Profil bewegen und somit selbsttätig ihre Position bestimmen", meint Tonner. Eine Leuchtdiode als elektrischer Verbraucher macht das sonst unsichtbare magnetische Wechselfeld sichtbar: Beim Einbringen des Verbrauchers ändert sich die Leuchtstärke je nach Intensität des Feldes.

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