Projektbereich B:
Nanostrukturierte mehrphasige Materialsysteme
Die Forschung im Projektbereich B reflektiert den Befund, dass struktureller Leichtbau und Funktionsintegration zentrale Bestandteile von Forschungsanstrengungen weltweit sind. In diesem Umfeld erforschen die Teilprojekte des Bereichs speziell Materialsysteme aus harter und weicher Materie, deren Design auf herausragende mechanische und funktionelle Eigenschaften zielt. Ein Alleinstellungsmerkmal und zugleich wissenschaftlich verbindender Aspekt ist der Fokus auf neuartige, multiskalige Gefügegeometrien (s. Abbildung), zu deren Herstellung die Forschung in Projektbereich B innovative Wege beschreitet. Die Aktivitäten bei der Herstellung stehen dabei im direkten Austausch mit einer skalenspezifischen mechanischen Charakterisierung, welche gezielt das Verhalten auf den relevanten Längenskalen der multiskaligen Materialsysteme untersucht. Eng hiermit verflochten sind skalenübergreifende theoretische Studien zur Struktur und zum mechanischen Verhalten. Der Forschungsgegenstand beinhaltet den gesamten Skalenbereich von der elektronischen Struktur auf atomarer Skala bis hin zu cm-großen, makroskopischen Probekörpern.
B1 (beendet): Entwicklung von gerichteten (CNT) und 3-dimensional-vernetzten Kohlenstoff basierten Nanokompositen
Ziel des Teilprojektes B1 ist es, die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffbasierten Nanopartikeln, wie (i) gerichtete Kohlenstoffnanotubes (CNTs) und (ii) neuartige dreidimensional vernetzte Aerographite über mehrere hierarchische Ebenen zu nutzen, deren physikalische Wechselwirkungen zu beschreiben und zu verstehen und daraus das Anwendungspotential, auch in Verbindung mit glas- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, zu nutzen. Weiter...
B2: Feste und leichte Hybridwerkstoffe auf Basis nanoporöser Metalle
Nanoporöse Metalle, hergestellt durch Legierungskorrosion, sind makroskopische (~ 1mm – 1cm) Aggregate aus nanoskaligen (~ 5nm – 5µm), regelmäßig vernetzten Gefügebausteinen, den so genannten Ligamenten. Die Materialien weisen ein homogenes Gefüge mit extrem großem volumenspezifischen Oberflächeninhalt und einem zusammenhängenden Porenraum auf. Wegen der sehr hohen lokalen Festigkeit und der regelmäßigen Vernetzung der konstituierenden Nano-Objekte sowie der geringen Massendichte sind nanoporöse Metalle Kandidaten für feste und leichte Strukturmaterialien. Weiter...
B3 (beendet): Beschreibung des makroskopischen Verhaltens von Grenzschichten basierend auf atomistischen Modellen
Grenzschichten, wie z.B. jene zwischen Polymer und Metall, definieren häufig maßgeblich das makroskopische Verhalten eines Verbundwerkstoffes. Die Kenntnis ihrer Eigenschaften ist daher von essentieller Bedeutung für den Sonderforschungsbereich. Aus diesem Grund soll im Teilprojekt B3 ein Materialmodell entwickelt werden, welches das mechanische Verhalten dieser Schichten unter Berücksichtigung der zugrunde liegenden atomaren Struktur beschreibt. Dieses Modell soll die makroskopischen mechanischen Wechselwirkungen mittels so genannter Traktions-Verschiebungs-Gesetze abbilden (z.B. Spannungsvektor vs. Rissöffnung). Weiter...
B4: Mikromechanisches Materialverhalten hierarchischer Werkstoffe
Das Teilprojekt B4 befasst sich mit der Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften und der Versagensmechanismen von hierarchischen Materialien auf der Mikroskala. Die Abmessungen der Proben bewegen sich hierbei im Bereich weniger Mikrometer bis wenige 10 Mikrometer und können bis zu zwei Hierarchieebenen beinhalten. Die Arbeiten zielen damit auf die Entwicklung von Methoden zur Untersuchung lokaler mechanischer Eigenschaften der im SFB 986 entwickelten heterogenen Materialien ab. Weiter...
B6: Modellierung und Simulation der Interphaseneigenschaften von Kompositwerkstoffen aus Metall und Polymer auf der Nanoskala
Die Modellierung und Simulation von Werkstoffverhalten ist seit Jahrzehnten wichtiger Bestandteil ingenieur- und materialwissenschaftlicher Forschung. Metall-Polymer-Grenzflächen sowie deren nähere Umgebung unterscheiden sich in ihren mechanischen Eigenschaften signifikant von den umgebenen Materialien, d.h. dem Metall und dem Polymer. Der grenzflächennahe Bereich einschließlich der Grenzfläche stellt die Interphase dar. In nanostrukturierten Materialien ist der Anteil an Grenzflächen und Interphasen im Werkstoff deutlich höher als in gewöhnlichen Materialien, so dass der Einfluss der Grenzflächen und Interphasen nicht vernachlässigt werden kann. weiter...
B7: Polymere in grenzflächenbestimmten Geometrien: Struktur, Dynamik und Funktion an planaren und in porösen Hybridsystemen
In diesem Porjekt soll Polypyrrol (PPy) in tubularen Poren von mikro-, meso- und makroporösem Silizium (PSi) untersucht werden. Weiter...
B8: Mikromechanisch-elektrochemische Kopplung von nanostrukturierten Festkörpern mit und ohne Beschichtung aus leitfähigem Polymer
Es wird die Kopplung zwischen Oberflächenpotential und mechanischer Antwort von nanoporäsen Strukturen mit variierender Größe und Verteilung der Poren, mit und ohne Beschichtung mit leitfähigem Polymer untersucht. Weiter...
B9: Mikrostrukturbasierte Klassifizierung und mechanische Analyse nanoporöser Metalle durch maschinelles Lernen
In diesem Forschungsprojekt werden mathematische Methoden entwickelt, um die komplexe Mikrostruktur von nanoporösen Metallen präzise und umfassend zu charakterisieren. Weiter...
B10: Funktionalisierung hierarchischer Materialien durch aktive organische Filme
This research project aims to explore approaches for surface functionalization of hierarchical nanoporous (h-np) gold by stimulus-sensitive organic layers in order to develop novel material concepts for multifunctional hard-soft hybrids as sensor and actuator materials. Targeted control of the elastic as well as plastic behavior of these materials by electrical signals and chemical stimuli is pursued using experimental and computational methods. Weiter...