Lehre am Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie

Ringvorlesung Multiskalenmaterialien
DozentIn:
Veranstaltungstyp:
Vorlesung (Lehre)
Beschreibung:
Die in dieser Vorlesung behandelten Materialien unterscheiden sich von den „klassischen“ Werkstoffen durch ihre individuelle hierarchische Mikrostruktur. Beim klassischen Gefügedesign wird z.B. durch Wärmebehandlung und gleichzeitige mechanische Verformung die Morphologie des Gefüges eingestellt. Das Material wird schrittweise durch kleine Veränderungen der Struktur oder der chemischen Zusammensetzung auch unter Ausnutzung von Selbstorganisationsprozessen (Ausscheidungslegierungen, Glaskeramiken, eutektische Gefüge) kontinuierlich und stetig optimiert. Die vorgestellten Materialien bestehen aus funktionalisierten elementaren Funktionseinheiten basierend auf Polymer, Keramik, Metall und Carbon Nanotubes (CNT), aus denen makroskopische hierarchische Materialsysteme erzeugt werden, deren charakteristische Längen von der Nanometer- bis zur Zentimeterskala reichen. Diese elementaren Funktionseinheiten sind durch Kern-Schale-Strukturen oder durch in Metallen mittels Legierungskorrosion erzeugte, mit Polymeren gefüllte Hohlräume gegeben. Dabei werden drei Klassen von Materialsystemen vorgestellt: Zum einen handelt es sich um hierarchisch strukturierte Keramik/Metall-Polymer-Materialsysteme ähnlich den natürlichen Vorbildern Perlmutt (1 hierarchische Ebene), Zahnschmelz (3 hierarchische Ebenen) oder Knochen (5 hierarchische Ebenen). Ausgehend von einer elementaren Funktionseinheit bestehend aus einem von einer Polymerhülle umgebenen keramischen Nanoteilchen, resultiert ein Material, in dem auf allen hierarchischen Ebenen alternierend „harte“ Teilchen, bestehend aus der jeweils niedrigeren hierarchischen Ebene, von weichen Polymeren umgeben sind. 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. Das zweite vorgestellte Materialsystem basiert auf nanoporösem Gold, das als Prototypmaterial für neuartige Bauteile im strukturellen Leichtbau mit gleichzeitig aktorischen Eigenschaften vorgestellt wird. Behandelt werden die Materialherstellung und die daraus resultierenden skalenspezifischen mechanischen Eigenschaften. Darüber hinaus wird in die damit verbundenen skalenübergreifende theoretischen Modelle zum mechanischen Verhalten eingeführt. Dies beinhaltet den gesamten Skalenbereich von der elektronischen Struktur auf atomarer Skala bis hin zu zentimetergroßen, makroskopischen Probekörpern. Neuartige hierarchische nanostrukturierte Materialsysteme auf der Basis von thermisch stabilen Keramiken und Metallen für die Photonik bei hohen Temperaturen mit Anwendungsperspektiven für thermophotovoltaische Systeme (TPV) und Thermal Barrier Coatings (TBC) sind der dritte Werkstoffbereich der Vorlesung. Insbesondere sind hier direkte und invertierte 3D-photonische Kristallstrukturen (PhK) und neuartige optisch hyperbolische Medien zu nennen. Die PhK weisen aufgrund ihrer Periodizität und des Brechungsindexkontrastes eine photonische Bandstruktur auf, die mit photonischen Bandlücken, mit Bereichen besonders hoher photonischer Zustandsdichten und mit speziellen Dispersionsrelationen einhergeht. Die dargestellten Eigenschaften sollen hier genutzt werden, um in TBCs thermische Strahlung stark und gerichtet zu reflektieren bzw. um in TPV-Systemen Strahlung effektiv und effizient zu koppeln.
Ort:
(Online via Zoom: https://tuhh.zoom.us/j/87196955883?pwd=TFFsV2tVY2lEQ3g5Q0YreGlsV0lHdz09): Di. 16:00 - 17:30 (1x) Di. 17:45 - 18:15 (1x), (https://tuhh.zoom.us/j/89678310299?pwd=VVZQVXJpazJZVDM3TXlSLzdhbHBlZz09): Di. 16:00 - 17:30 (1x), (https://tuhh.zoom.us/j/4071158082): Dienstag. 01.06.21 16:00 - 17:30
Semester:
SoSe 21
Zeiten:
Di. 16:00 - 17:30 (wöchentlich), Di. 17:45 - 18:15 (wöchentlich) - Übung zur Vorlesung, Termine am Dienstag. 01.06.21 16:00 - 17:30
Erster Termin:Di , 13.04.2021 16:00 - 17:30
Veranstaltungsnummer:
63079_S21
Voraussetzungen:
Ringvorlesung: Multiskalenmaterialien: Grundlagen der Physik und Chemie, Grundlagen und vertiefende Grundlagen der Werkstoffwissenschaft, Höhere Mathematik, Grundlagen der Elastizitätstheorie ; Mehrphasige Materialien: Kenntnisse in den Grundlagen der Polymere, Physik und Mechanik/Mikromechanik
Leistungsnachweis:
Ringvorlesung: Multiskalenmaterialien: Referat; Mehrphasige Materialien: Klausur
ECTS-Kreditpunkte:
3
Stud-Ip door-enter