Functionele materialen
Een sporter met een beenprothese springt ver. Het materiaal moet sterk, licht en veerkrachtig zijn. Zulke materialen worden ontwikkeld voor een functie: functionele materialen.
Na deze les kun je
- de opbouw van composieten, legeringen en polymeren beschrijven
- eigenschappen van materialen koppelen aan hun toepassing
- voorbeelden van smart materials noemen
Dit weet je al
Het deeltjesmodel en geleiding (paragraaf 7.1 tot en met 7.4).
Composieten
Een composiet bestaat uit verschillende stoffen samen:
- een netwerk van vezels tegen grote trekkrachten;
- een matrix (vulmateriaal) voor de hardheid.
Bot is een natuurlijke composiet: langgerekte moleculen vormen het netwerk, kalkzout de harde matrix. Bot kan grote drukkrachten opvangen, is een beetje elastisch en herstelt zichzelf.
Gewapend beton werkt net zo: ijzervlechtwerk (netwerk), stenen en zand (matrix) en cement (lijm). Andere voorbeelden: glare in vliegtuigrompen (glasvezel en aluminium), carbon in racefietsen en protheses, gelaagd glas in autoruiten. Zie Binas 67B.
Legeringen
Een legering (alliage) is een mengsel met minstens één metaal, met andere eigenschappen dan de losse stoffen (Binas 9): brons (koper en tin), messing (koper en zink), staal (ijzer met wat koolstof), roestvrij staal (met chroom).
Legeringen geleiden stroom en warmte slechter dan zuivere metalen: het rooster is onregelmatiger, dus de elektronen komen moeilijker vooruit. Daarom wordt het handvat van een stalen lepel minder heet dan dat van een aluminium lepel.
Polymeren
Macromoleculaire materialen bestaan uit heel lange ketens van aan elkaar geregen moleculen: polymeren (Binas 66E en 67A).
- Thermoplasten: losse ketens; ze worden zacht als je ze verwarmt en zijn in elke vorm te gieten.
- Thermoharders: sterk aan elkaar gebonden ketens (een netwerk); ze smelten niet, maar vallen bij hoge temperatuur uit elkaar.
- Elastomeren (rubber): opgerolde ketens die uitrekken bij trekkracht.
Smart materials
Bij smart materials verandert een eigenschap door een invloed van buiten (Binas 67B):
- piëzo-elektrisch materiaal geeft een spanning als je erop drukt (sensoren), en vervormt als je er een spanning op zet (inktjetprinter);
- geheugenmetaal krijgt zijn oude vorm terug na een temperatuurverandering (buigzame brilmonturen);
- in een NTC neemt de weerstand af bij hogere temperatuur, in een LDR bij meer licht.
Welke soort polymeer kies je voor de handgreep van een pan?
- De handgreep mag bij hitte niet zacht worden of smelten.
- Een thermoplast wordt zacht; een thermoharder niet.
- Kies dus een thermoharder.
Een legering is een mengsel op atoomniveau met een metaal. Een composiet bestaat uit herkenbare lagen of vezels van verschillende materialen.
Snap je het?
Uit welke twee onderdelen bestaat een composiet?
Waarom geleidt messing slechter dan zuiver koper?
Je hebt nu stoffen bekeken op het niveau van deeltjes en van materialen. In hoofdstuk 8 kijk je naar krachten op constructies die van die materialen gemaakt zijn.
Klaar met deze les? Zet hem op gelezen; je voortgang staat rechtsboven.