Forschung am Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie

Nanomaterialien als Funktions- und Strukturwerkstoffe:

Das noch junge Konzept der Nanomaterialien bietet neue und weitgehend unerforschte Gestaltungsmöglichkeiten bei der Werkstoffentwicklung. Auch der Einsatz konventioneller Stoffsysteme für nanoskalige Bauteile in der Mikro- elektronik und in mikroelektromechanischen Systemen bringt erhebliche Herausforderungen für die Forschung mit sich. Das Materialverhalten wird hier nicht mehr durch die bekannten Eigenschaften der Volumenphasen kontrolliert, sondern durch Grenzflächen- und Größeneffekte, deren Auswirkungen bislang nur in Ansätzen verstanden sind. Schwerpunkt des Forschungsprogramms am Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie (IWW) ist die Aufklärung dieser Zusammenhänge und darauf aufbauend die Entwicklung neuartiger nanoskaliger Funktions- und Strukturmaterialien.

Werkstoffentwicklung:
Ein zentraler Ansatzpunkt der Werkstoffentwicklung am IWW ist die Kopplung mikroskopischer Prozesse an Grenzflächen an das makroskopische - vorrangig mechanische (Aktorik, Festigkeit), aber auch chemische bzw. elektrochemische (Katalyse, Ladungs-speicherung) optische (Photonik) Materialverhalten. Dadurch eröffnen sich neue Wege für die Steuerung der Materialeigenschaften durch externe Kontrollparameter wie elektrisches Potential, chemische Umgebungs- variablen, oder mechanische Kräfte. Daneben folgen aus dem Trend ‚kleiner ist fester’ zusammen mit der geringen Massendichte poröser Metalle auch hochinteressante Perspektiven für feste Leichtbaumaterialien auf der Basis nanoskalig poröser Festkörper.

Werkstoffphysikalische Forschung:
Die werkstoffphysikalische Forschung des IWW ist auch motiviert durch eine Reihe von aktuellen und weitgehend unbeantworteten wissenschaftlichen Fragestellungen in den Nanotechnologien. Dazu gehören die Mechanismen der plastischen Verformung von Aggregaten aus nanoskaligen Objekten und von Werkstoffen mit niedriger Gittersymmetrie, die Mechanik von Grenzflächen und ihre Kopplung an elektrische oder chemische Potentiale und an die katalytische Aktivität, die Frage nach Gleichgewichtsphasen und thermischer Stabilität in grenzflächenbestimmten Systemen, und die Kopplung zwischen Ladungs- transfer oder Chemie an Grenzflächen und dem mechanischen, optischen und chemischen Materialverhalten.

 

Nanoporöse Metalle, so wie dieser poröse Einkristall aus Gold, versprechen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten als Funktionsmaterialien. Sie sind zudem Studienobjekte für die Untersuchung von Grenzflächen und deren Einfluss auf das Verhalten von Nanomaterialien.

Nanoporöse Metalle, so wie dieser porö- se Einkristall aus Gold, versprechen viel- fältige Anwendungsmöglichkeiten als Funktionsmaterialien. Sie sind zudem Stu- dienobjekte für die Untersuchung von Grenzflächen und deren Einfluss auf das Verhalten von Nanomaterialien.  

Im Gegensatz zu makroskopischen Körpern kann in Nano-Objekten – wie dem geladenen Cluster aus 309 Goldatomen im Bild – die Ladungsneutralität signifikant verletzt sein. Raumladungszonen in Metallen sind spannende Forschungsobjekte, und sie können zur Herstellung neuartiger Funktions(nano-)materialien genutzt werden.

Im Gegensatz zu makroskopischen Körpern kann in Nano-Objekten wie dem geladenen Cluster aus 309 Goldatomen im Bild die Ladungsneutralität signifikant verletzt sein. Raumladungszonen in Me- tallen sind spannende Forschungs- objekte, und sie können zur Herstellung neuartiger Funktions(nano-)materialien genutzt werden.

Beispiele für aktuelle Forschungsthemen: