Functionele materialen

Leerdoelen

•Je kunt materialen op grond van hun bouw indelen in vier groepen: metalen, keramische materialen, polymeren en composieten.

•Je kunt uitleggen wat smart materials zijn en je kunt twee voorbeelden noemen.

•Je kunt uitleggen wat bionica is en je kunt drie voorbeelden noemen.

Wat zijn functionele materialen?

Een materiaal is een stof die wordt gebruikt voor een specifiek doel vanwege zijn unieke eigenschappen. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van metaal voor het bouwen van bruggen omdat het sterk is.

Functionele materialen hebben specifieke functies of eigenschappen die voor bepaalde toepassingen nodig zijn. De steentijd, bronstijd en ijzertijd zijn historische voorbeelden van periodes waarin de ontdekking en het gebruik van nieuwe materialen leidden tot technologische ontwikkelingen.

Om te beslissen welk materiaal het beste past bij het doel dat je hebt, moet er worden gekeken naar de eigenschappen van het materiaal. Bijvoorbeeld de dichtheid, geleidbaarheid, elasticiteit, treksterkte, soortelijke warmte, kookpunt of smeltpunt. Tegenwoordig wordt er ook veel aandacht besteed aan de duurzaamheid van een materiaal.

Indeling van materialen

Materialen kunnen worden ingedeeld in vier groepen op basis van hun bouw: metalen, keramische materialen, polymeren en composieten.

Metalen

Metalen kunnen zuiver zijn of in legeringen voorkomen.

•Zuivere metalen zijn vaak taai, buigzaam en goede geleiders van warmte en elektriciteit.

•Legeringen zijn mengsels van metalen, zoals staal of brons. Deze zijn vaak sterker en worden veel gebruikt voor constructiematerialen.

Keramische materialen

Keramische materialen zijn gemaakt van gebakken klei. Denk aan glas, aardewerk en bakstenen.

Ze zijn:

•Goed bestand tegen hitte.

•Bestand tegen chemicaliën.

•Breekbaar als ze vallen.

Polymeren

Polymeren bestaan uit veel dezelfde eenheden die aan elkaar zijn gekoppeld. Ze kunnen natuurlijk of synthetisch zijn.

•Natuurlijke polymeren: rubber, cellulose, zetmeel, eiwitten, DNA.

•Synthetische polymeren: plastics, nylon, kunstvezels. Vaak gemaakt uit aardolie.

Polymeren zijn over het algemeen slechte geleiders, maar zijn bestand tegen chemicaliën en hebben een lage dichtheid. Meer informatie over deze chemische polymeren vind je in tabel 67A1

Composieten

Composieten zijn samengestelde materialen, vaak met vezelversterkende kunststoffen.

Toepassingen: hoge prestaties zoals in Formule 1-auto's, kogelwerende vesten, vliegtuig- en scheepsbouw.

Smart materials

Smart materials zijn materialen waarvan de eigenschappen kunnen veranderen door veranderingen in de omgeving zoals elektrische en magnetische velden, temperatuur, vochtigheid of zuurgraad.

Voorbeelden:

•Piëzo-elektrische materialen: deze vervormen wanneer een elektrische spanning op ze wordt gezet. Omgekeerd werkt het ook, dan leidt de vervorming tot spanning. Voorbeelden zijn aanstekers en horloges.

•Thermochrome materialen: deze veranderen van kleur bij temperatuurverandering. Bijvoorbeeld mokken die van kleur veranderen wanneer ze in contact komen met een warme vloeistof, en slimme ramen die warmte reguleren.

Bionica

Bionica is het onderzoeken van systemen in de natuur om deze na te bootsen voor technologische toepassingen.

Voorbeelden van bionica:

1.Gekko Hun pootjes gebruiken vanderwaalskrachten om aan muren en plafonds te kleven. Dit principe wordt gebruikt in producten waarmee je glas kunt verplaatsen of waarmee mensen aan muren kunnen hangen.

2.Klittenband Gebaseerd op de weerhaakjes van klitten in de natuur. Vindt snel houvast aan kleding en inspireerde het ontwerp van klittenband.

3.Mottenogen Mottenogen reflecteren bijna geen licht, ideaal voor efficiëntere zonnepanelen. Ze absorberen bijna al het licht in plaats van het terug te kaatsen.