It´s a materials world
Neue Werkstoffe für die High-Tech-Welt -
TUHH schafft exzellente Grundlagen
Seit 2009 forscht die TUHH zusammen mit den Helmholtz-Forschungszentren GKSS und DESY sowie der Universität Hamburg in der Landesexzellenzinitiative „Integrierte Materialsysteme (IMS)“ an der Entwicklung maßgeschneiderter Materialien. Der Forschungscluster IMS ist erfolgreich aus dem Hamburger Landeswettbewerb zur Förderung exzellenter Grundlagenforschung hervorgegangen. Bis Ende 2010 wird IMS mit mehr als 1,75 Millionen Euro gefördert. Ein Antrag zur Verlängerung der Forschungsförderung bis 2012 ist geplant.
Werkstoffinnovationen sind besonders in den führenden Industrieländern von zentraler Bedeutung. Auch in Deutschland beruht ein großer Teil der Wirtschaftsleistung auf der Produktion und Verarbeitung von Werkstoffen, und somit ist auch Werkstofftechnik von hoher Relevanz für die deutsche High-Tech-Strategie. Dafür gibt es gute Gründe, denn dieses Gebiet ist die Basis für industrielle Aktivitäten in der Bundesrepublik, die eine Billion Euro Umsatz pro Jahr generiert und 5 Millionen Menschen beschäftigt.
Auch in der Metropolregion Hamburg und den benachbarten Bundesländern zählen die Luftfahrt- und Automobilindustrie, die Windkraftindustrie und Medizintechnik sowie der Hamburger Hafen zu den wichtigsten Wirtschaftszweigen. Hier nehmen Leichtbau- Strukturbauteile eine Schlüsselrolle ein.
Zielsetzung der Forschung des IMS Clusters ist die Herstellung maßgeschneiderter Werkstoffe für die industrielle Leichtbauweise. Dabei sollen völlig neuartige Verbundwerkstoffe aus Polymeren (Kunststoffen), Keramiken und Metallen entwickelt werden. Durch den Einbau von Nanostrukturen in makroskopische Bauteile hoffen die Wissenschaftler, bisher unvereinbare Eigenschaften zu realisieren. Entsprechende Materialien wären zum Beispiel extrem hart und dennoch plastisch verformbar.
Angestrebt sind einerseits hervorragende mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit, andererseits neuartige Funktionalitäten. Dazu zählen die Möglichkeit zur Schadenstoleranz und Selbstheilung, aber auch sensitive Werkstoffe, die ihren „Gesundheitszustand“ permanent selbst überwachen bzw. in der Lage sind, Defekte anzuzeigen. Auf diese Weise müssten beispielsweise Risse in Flugzeugflügeln oder –wänden nicht mehr aufwändig von außen festgestellt werden, sondern die Werkstoffe würden die Veränderungen in ihrer Struktur selbstständig erkennen, gegebenenfalls reparieren oder zumindest das Auffinden der betroffenen Stellen deutlich erleichtern.
Voraussetzung für die Entwicklung und Erforschung derartiger Materialien sind einerseits Hochdurchsatzmethoden, mit denen vollautomatisch viele Proben untersucht werden können, andererseits Möglichkeiten zum Prozess- und Materialmodellierung. Wesentliche Beiträge leisten hier Hochleistungsröntgenverfahren, die am DESY und am GKSS dank der Synchrotronstrahlungsquellen zur Verfügung stehen. Synthese und Funktionsgebung derartiger Werkstoffe stellen eine große Herausforderung dar, weil ganz neue Methoden geschaffen werden müssen, die benötigten Strukturen auf atomarer bzw. molekularer Ebene zu etablieren und zu kontrollieren. Darüber hinaus müssen analytische Verfahren entwickelt werden, um die erhaltenen Resultate zu prüfen und die Rückschlüsse daraus wieder in den gesamten Prozess einzuspeisen.
Eine weitere Voraussetzung ist angesichts der unterschiedlichen Materialien, die eingebunden werden sollen, eine durchgängig im Projekt angelegte Interdisziplinarität. Deshalb sind am Cluster Materialwissenschaftler, Chemiker, Physiker und Ingenieure beteiligt. Da sehr verschiedene Synthesemethoden und Analyseapparaturen benötigt werden, sind zudem Expertise und Ausstattung von mehreren Instituten erforderlich. Die eingebundenen Partner bilden über Informationsplattformen ein Netzwerk, die eine optimale Nutzung des Equipments und der Kompetenzen möglich macht.
Der Exzellenzcluster ist in drei Forschungsbereiche eingeteilt, die Sie hier besuchen können. Navigieren Sie mit dem Nanometer durch die Schichten der Materialien.
