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Werkstoffmechanik

Hybride Materialsysteme

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Rasterlektronenmikroskopische Aufnahme des Inneren einer nanoporösen Struktur aus Gold, die durch selektive Korrosion einer Silbergoldlegierung und nachfolgender thermischer Behandlung entstanden ist.

Die Anforderungsprofile künftiger Hochleistungsmaterialien beinhalten zunehmend die Kombination aus Festigkeit und Funktionalität. Ein Beispiel sind Leichtbaumaterialien, die sensorische oder aktorische Eigenschaften aufweisen oder über die Fähigkeit zur Selbstheilung verfügen. Ein ähnlich breites Eigenschaftsspektrum wird von Energiespeichermaterialien gefordert, wo die enge Kopplung zwischen chemischen oder elektrochemischen Eigenschaften und dem mechanischen Spannungs- und Dehnungszustand eine enge Abstimmung der relevanten Materialparameter erfordert. Die Abteilung „Hybride Materialsysteme“ am Institut für Werkstoffforschung erforscht Strategien für das Materialdesign die spezifisch darauf abgestimmt sind, solche grundlegend verschiedene Eigenschaften in integrierten Materialkonzepten zu vereinigen.

Der Ansatz für hybride Materialsysteme basiert auf zwei Prinzipien:

  • durch die Verwendung von Nanomaterialien mit extrem vielen Oberflächen wird der Einfluss von Grenzflächenphänomen maximiert.
  • der Werkstoff wird als ein Verbundmaterial ausgelegt, in dem die Kombination der Komponenten eine Kontrolle über die Grenzflächeneigenschaften durch externe Signale ermöglicht.

Beispielsweise kann ein Netzwerk von Porenkanälen in einem nanoporösen Metall mit flüssigen Elektrolyten benetzt sein und damit ionischen Transport zulassen. So können die Grenzflächen polarisiert und damit ihre mechanischen, elektrischen oder optischen Eigenschaften modifiziert werden. Hybride Materialien erzielen also neuartiges funktionales Verhalten durch die Kombination zweiter grundlegend verschiedener Komponenten, wie im Beispiel einer niedrigviskosen Flüssigkeit und einer hochfesten Metallmatrixstruktur.

Profil

Sputtergun

Blick ins Innere einer Anlage zur Herstellung dünner Filme. Über Entladungsströme innerhalb des Plasmas, die über ein elektrisches Feld ausgelöst werden, lösen sich einzelne Metallatome aus der Metallplatte, die als Dampf aus dem Kathodenzerstäuber austreten und sich auf dem oben angebrachten Substrat als Film abscheiden. © SFB 986

Die Forschungsinteressen und wissenschaftlichen Ansätze in der Abteilung “Hybride Materialsysteme” sind fokussiert auf Herstellung, Charakterisierung und Modellierung nanostrukturierter metallischer Werkstoffe. Von speziellem Interesse ist dabei die Rolle von Oberflächen und Grenzflächen – das heißt, Korngrenzen, freien Oberflächen oder Metall-Elektrolyt Grenzflächen – bei der Kontrolle der makroskopischen Materialeigenschaften und bei Mikrostrukturentwicklung oder Stabilität. Die Forschungsgegenstände in diesem Kontext schließen insbesondere Mechanik, Thermodynamik und Elektrochemie von Grenzflächen und grenzflächenkontrollierten Werkstoffen ein, das mechanische Verhalten und die zu Grunde liegenden Verformungsmechanismen in Nanomaterialien, sowie die Charakterisierung mit Streumethoden.

Die Abteilung “Hybride Materialsysteme” arbeitet eng mit dem Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie an der Technischen Universität Hamburg-Harburg zusammen.

Hier geht's zum Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie an der TUHH