Projektbereich A:
Quasi-selbstähnliche hierarchische Materialsysteme

Eine ausführliche und allgemeinverständliche Einführung in den Projektbereich A können können Sie hier nachlesen.

Im Projektbereich A sollen hierarchisch strukturierte Keramik/Metall-Polymer-Materialsysteme ähnlich den natürlichen Vorbildern Perlmutt (1 hierarchische Ebene), Zahnschmelz (3 hierarchische Ebenen) oder Knochen (5 hierarchische Ebenen) entworfen und hergestellt werden. Leitmotiv im Projektbereich A ist, dass, ausgehend von einer elementaren Funktionseinheit, auf allen hierarchischen Ebenen alternierend „harte“ Teilchen, bestehend aus der jeweils niedrigeren hierarchischen Ebene, von weichen Polymeren umgeben sind (s. Abbildung). Die dadurch auf jeder hierarchischen Ebene erzeugte Kern-Schale-Struktur ist der grundsätzliche Unterschied zu einem Verbundwerkstoff mit einem starren interpenetrierenden keramischen oder metallischen Netzwerk. Die elementare Funktionseinheit ist ein von einer Polymerhülle umgebenes keramisches Nanoteilchen.

A1: Synthese, Charakterisierung und Oberflächenmodifikation formkontrollierter Nanopartikelsysteme

Es werden Titandioxid- und Eisenoxid-Nanopartikel unterschiedlicher Größe und Form synthetisiert. Weiter...

A2: Copolymere als Bausteine für hierarchische Materialien

Es werden funktionalisierte Oligomere sowie funktionalisierte Polymere hergestellt. Erstere dienen der Verknüpfung von Nanopartikeln zu Agglomeraten der ersten Hierarchieebene und letztere dienen zu Dekoration von diesen Agglomeratpartikeln bzw. Partikeln aus höheren Hierarchieebenen. Weiter...

A3: Herstellung höherer hierarchischer Ebenen von Materialsystemen mit der Wirbelschicht-granulation und Diskrete-Elemente-Modellierung der Materialien

Es wird eine neuartige miniaturisierte Strahlschicht-Anlage aufgebaut, mit der die Herstellung der höheren hierarchischen Ebene von Kompositpartikeln mit besonders guten mechanischen Eigenschaften möglich wird. Weiter...

A4: Ab-initio basierende Modellierung und Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften von Hybridgrenzflächen

Die Modellierung von Hybridgrenzflächen, die hier auf quantenmechanischer Basis unter anderem im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie erfolgt, ist von eminenter Bedeutung für ein besseres Verständnis dieser Systeme. Mehr...

A5: Mehrskalenmodellierung des mechanischen Verhaltens von Kompositwerkstoffen mit hierarchischer Struktur

Im Teilprojekt werden die Deformations- und Schädigungsprozesse nanopartikel-basierter hierarchischer Materialsysteme mit Hilfe numerischer Methoden modelliert und simuliert. Weiter...

A6: Herstellung und Charakterisierung hierarchischer, multi-funktionaler Keramik/Metall-Polymer Materialsysteme

Ziel dieses Teilprojekts ist die Herstellung und Charakterisierung eines hierarchisch strukturierten Materials bestehend aus harten (Keramik, Metall) und weichen Phasen (Polymer) bei niedrigen Temperaturen < 200 °C. Dazu werden vorstrukturierte Verbund-Partikel aus den Teilprojekten A1, A2 und A3 genutzt und zu einem hierarchischen Material höherer Ebenen vereint. Weiter...

A7: Adsorption von Fettsäuren auf Oxid-Oberflächen und Nanostrukturen

Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Wechselwirkung einfacher Carbonsäuren mit ausgewählten Metalloxiden auf atomarer Skala zu verstehen und somit wichtige Grundlagen für den Aufbau sowie die Steuerung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften neuartiger multiskaliger Materialsysteme zu legen. Weiter...

A8: Molekulardynamische Simulation der Selbstassemblierung von polymerbeschichteten metallischen/keramischen Nanopartikeln

Mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen soll in diesem Teilprojekt das Kristallwachstum der keramischen Nanopartikel, die Eigenschaften der Funktionalisierung auf den Nanopartikeln und die Selbstassemblierung hin zu Superkristallen untersucht werden um experimentelle Arbeiten hinsichtlich eines maßgeschneiderten hierarchischen Materialsystems zu unterstützen. Weiter...