Untersuchungen zur Anwendung strukturintegrierter Resonatorarrays für das Erkennen stofflicher Veränderungen in polymerbasierten Leichtbaumaterialien

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Polymerbasierte Leichtbaumaterialien (LMs) finden zunehmend Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Transportwesen, ziviler Infrastruktur, Bauwesen und Energietechnik. Diese Materialien sind darauf ausgelegt, Energie, Gewicht und Ressourcen zu sparen sowie den Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase zu reduzieren. Sie bieten hohe Festigkeit, Stabilität, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit und können effizient hergestellt werden. Allerdings können stoffliche Änderungen irreversible Schäden und frühzeitiges Materialversagen verursachen, weshalb eine Materialüberwachung notwendig ist. Diese Arbeit untersucht einen innovativen Sensoransatz zur Zustandsüberwachung von LMs durch passive, strukturintegrierte elektromagnetische Resonatorarrays (RAs). Diese RAs bestehen aus regelmäßig angeordneten Subwellenlängenresonatoren, die durch Drucktechnologie in die LMs integriert werden. Veränderungen im Material beeinflussen das elektromagnetische Resonanzverhalten der RAs, welches kontaktlos durch Reflexionsmessungen ausgewertet werden kann. Reflexionsbasierte Sensorkonzepte werden entwickelt, indem mehrlagige RAs eingesetzt werden. Das Reflexionsverhalten wird numerisch mittels der Finiten-Elemente-Methode analysiert, und die RAs werden exemplarisch umgesetzt, integriert und hinsichtlich ihrer Sensorfunktion bewertet.