Maßgeschneiderte multiskalige Materialsysteme – M3

Leitung: Prof. Dr. Gerold Schneider

Homepage des SFB 986

Das langfristige Forschungsziel des SFB „Maßgeschneiderte multiskalige Materialsysteme – M3“ ist es, experimentelle Methoden zur Herstellung und Charakterisierung multiskalig strukturierter Materialien mit maßgeschneiderten mechanischen, elektrischen und photonischen Eigenschaften zu entwickeln. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat an der TUHH die Einrichtung des gemeinsam mit der Universität Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht beantragten SFB genehmigt. Gemeinsames Ziel der insgesamt 21 beteiligten Wissenschaftler ist über die Fächergrenzen hinweg die Entwicklung völlig neuartiger Werkstoffe.

Multiskalige Strukturierung wird durch eine gezielte Anordnung einzelner Bausteine auf unterschiedlichen diskreten Längenskalen erreicht. Diese Bausteine bestehen aus polymeren, keramischen oder metallischen Materialien oder daraus zusammengesetzten strukturierten bzw. funktionalisierten Einheiten. Grundlage ist der Gedanke, dass komplexe – und insbesondere multiskalige und/oder hierarchische – Gefüge bzw. Materialsysteme durch den gezielten Einsatz alternativer Synthese- und Assemblierungsprozesse aus den Bereichen Chemie, Materialwissenschaften und Verfahrenstechnik maßgeschneidert hergestellt werden können. Diese Materialsysteme weisen neuartige Eigenschaftsprofile auf.
In den Projektbereichen des SFB 986 werden ausgehend von funktionalisierten elementaren Funktionseinheiten makroskopische hierarchische Materialsysteme aus Polymer, Keramik, Metall und Kohlenstoff (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Aerographite) erzeugt, wobei die Längenskalen vom Atom bis zur Makroskala reichen (siehe Abb.). Die Materialsysteme der drei Projektbereiche unterscheiden sich einerseits in ihrer multiskaligen Struktur und andererseits in ihren funktionalen Eigenschaften. Während im Projektbereich A quasi-selbstähnliche Strukturen mit multifunktionalen Eigenschaften im Vordergrund stehen, zielt der Projektbereich B auf ‚integrierte’ nanostrukturierte mehrphasige Materialsysteme, die aufgrund des Gefügedesigns Festigkeit und funktionelle – insbesondere elektrische – Eigenschaften in sich vereinen. Im Projektbereich C liegt der Schwerpunkt auf hochgeordneten hierarchischen periodischen und aperiodischen Strukturen und deren photonischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen.

Das besondere Innovationspotential des SFB 986 liegt darin, quasi am Reißbrett makroskopische, multiskalig strukturierte Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln, bei denen durch gezielten Austausch der Bausteine die Eigenschaften diskontinuierlich verändert werden können. Wenn es gelingt, dieses Konzept umzusetzen, werden völlig neuartige Materialfunktionen erwartet.