Technologie

Neuer Verbundstoff: Farbwechsel zeigt Schäden im Material an

Immer mehr Verbundmaterialien werden verbaut. Deswegen müssen neue Techniken und Methoden entwickelt werden, um Schäden oder gar ein mögliches Versagen solcher noch wenig erprobter Materialien frühzeitig zu erkennen. Jetzt haben Schweizer Forscher etwas ganz Besonderes erfunden.
10.09.2021 09:38
Lesezeit: 2 min
Neuer Verbundstoff: Farbwechsel zeigt Schäden im Material an
Ein Mitarbeiter im Kunststoffzentrum Leipzig. (Foto: dpa) Foto: Wolfgang_Kluge

Schweizer Forscher von der Hochschule ETH in Zürich haben ein sehr leichtes Laminat entwickelt, das sich verfärbt, sobald sich das Material verformt und dadurch möglicherweise Schaden nimmt. Das Besondere daran: Die Materialforschenden schlagen damit zwei Fliegen mit einer Klappe: Denn der Verbundwerkstoff verfügt nicht nur über ein geringes Gewicht, sondern gibt quasi von alleine Auskunft, wenn er durch eine Verformung droht, kaputt zu gehen.

Hintergrund: In vielen Bereichen hat die Leichtbauweise Einzug gehalten, insbesondere im Fahrzeug-​, Schiff-​ und Flugzeugbau. Nebst klassischen Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium oder Titan werden zunehmend auch Verbundmaterialien, sogenannte Komposite, in tragenden Anwendungen verbaut. Das hat zur Folge, dass gleichzeitig neue Techniken und Methoden entwickelt werden müssen, um Schäden oder gar ein mögliches Versagen solcher noch wenig erprobter Materialien frühzeitig zu erkennen.

Forschende der ETH Zürich aus der Gruppe für Komplexe Materialien in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Fribourg haben nun einen Ansatz gewählt, über den in der Materialforschung schon viel nachgedacht wurde: Das aus einzelnen Schichten zusammengesetzte Laminat ist transparent, bruchfest und trotzdem sehr leicht.

Künstliches Perlmutt mit Polymer kombiniert

Aufgebaut ist es aus sich abwechselnden Schichten aus einem Kunststoff (Polymer) und künstlichem Perlmutt. Letzteres ist eine Spezialität des Labors für Komplexe Materialien und ist dem biologischen Vorbild der Muschelschale nachempfunden. Es besteht aus unzähligen, parallel angeordneten Glasplättchen, die verdichtet, gesintert und durch ein Polymer-​Harz verfestigt werden. Dadurch wird es äusserst hart und bruchfest.

Die zweite Schicht besteht aus einem Polymer, dem die Forschenden ein eigens für diese Anwendung an der Universität Fribourg synthetisiertes Indikatormolekül beimengten. Dieses Molekül wird durch Dehnungskräfte, die im Polymer auftreten, aktiviert. Dadurch verändert sich dessen Fluoreszenz. Das ist die spontane Emission von Licht kurz nach der Anregung eines Materials durch Licht. Je stärker die Materialdehnung und je mehr dieser Moleküle aktiviert werden, desto intensiver wird die Fluoreszenz.

Licht zeigt überbeanspruchte Teile an

"Wir haben fluoreszierende Moleküle verwendet, weil man die Zunahme der Fluoreszenz sehr gut messen kann und nicht auf die subjektive Wahrnehmung angewiesen ist", sagt Tommaso Magrini, Erstautor einer entsprechenden Studie, die vor kurzem in der Fachzeitschrift "ACS Applied Materials and Interfaces" erschienen ist. Man hätte das System auch mit einem von aussen direkt wahrnehmbaren Farbumschlag aufbauen können.

Mithilfe der Fluoreszenz können die Forschenden nun überbeanspruchte Bereiche innerhalb des Verbundwerkstoff bereits dann identifizieren, bevor sich Brüche ausbilden. Dadurch lassen sich anfällige Stellen in einer Struktur frühzeitig erkennen, ehe ein katastrophales Versagen auftritt. Eine mögliche Anwendung des neuartigen Laminats sind denn auch Bauteile in tragenden Strukturen, etwa von Bauten, Flugzeugen oder Fahrzeugen, und deren Versagen unbedingt frühzeitig erkannt werden muss.

Mehr zum Thema
article:fokus_txt
Anzeige
DWN
Finanzen
Finanzen Wird der XRP-Preis manipuliert? Hinter der Klage der US-Börsenaufsicht deutet sich ein langfristiger Plan von AMT DeFi an

Die Diskussionen rund um die Preisentwicklung von XRP reißen seit Langem nicht ab. Insbesondere nach der Klage der US-Börsenaufsicht...

DWN
Technologie
Technologie 2025 baute Deutschland fast 1.000 neue Windräder an Land
16.01.2026

Windräder an Land sind vor Ort oft umstritten, sollen aber eine zentrale Rolle bei der Energiewende spielen. Der Ausbau nahm 2025 deutlich...

DWN
Politik
Politik EU-Sanktionen gegen Russland: Europas Durchsetzungskraft auf dem Prüfstand
16.01.2026

Die europäische Sanktionspolitik gegen Russland gerät zunehmend unter rechtlichen und finanziellen Druck. Gefährden Klagen russischer...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsen: TSMC sorgte für Zuversicht an der Wall Street und trieb die Aktienkurse nach oben
16.01.2026

Die US-Aktienmärkte bewegten sich am Donnerstag nach oben, als die aktuellen Ergebnisse des Chipherstellers TSMC die Investoren beruhigten...

DWN
Technologie
Technologie AWS EU-Cloud startet: Milliarden-Investition in Brandenburg
15.01.2026

AWS eröffnet eine unabhängige Cloud für Europa und investiert dafür Milliarden in Brandenburg. Das neue Angebot richtet sich vor allem...

DWN
Politik
Politik Trumps Ölpolitik: Widerstand in der US-Ölindustrie wächst
15.01.2026

Die US-Regierung treibt einen energiepolitischen Kurs voran, der in der heimischen Ölindustrie auf wachsenden Widerstand stößt. Doch...

DWN
Technologie
Technologie Reparaturpflicht für Smartphones und Waschmaschinen: Verbraucher profitieren
15.01.2026

Ab diesem Sommer gilt ein Recht auf Reparatur für Smartphones, Waschmaschinen und andere Geräte. Hersteller müssen Reparaturen während...

DWN
Finanzen
Finanzen Ray Dalio warnt: 38 Billionen US-Dollar Schulden und "wirtschaftlicher Herzinfarkt" der USA
15.01.2026

38 Billionen US-Dollar Staatsschulden belasten die USA wie ein Damoklesschwert. Ray Dalio, Gründer des Hedgefonds Bridgewater, warnt vor...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Kupferpreis-Rekordhoch: US-Importe und Zollpolitik treiben Preise für Industriemetalle
15.01.2026

Die globalen Rohstoffmärkte geraten zunehmend unter den Einfluss geopolitischer Entscheidungen und strategischer Lagerpolitik. Der...