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
Bleiben Sie über das Thema dieses Artikels auf dem Laufenden Klicken Sie auf [+], um eine E-Mail zu erhalten, sobald wir einen neuen Artikel mit diesem Tag veröffentlichen
Anzeige
DWN
Finanzen
Finanzen XRP-Ledger-Transaktionsvolumen überschreitet die Marke von 1 Million

Analysten erwarten ein Aufwärtspotenzial von 100%. XRP Wie können Inhaber neue passive Einkommensquellen schaffen?

DWN
Panorama
Panorama Fußball-WM 2026: Milliarden fließen in wenige Taschen
15.06.2026

Die in Nordamerika beginnende Fußball-WM 2026 ist größer als je zuvor. Von den astronomischen Einnahmen dieses Sportfestes profitieren...

DWN
Finanzen
Finanzen EZB-Leitzins angehoben: Wer sind die Verlierer und Gewinner?
15.06.2026

Die Europäische Zentralbank hat den Leitzins für die Eurozone am vergangenen Donnerstag angehoben. Für Sparer, Kreditnehmer, Staaten und...

DWN
Politik
Politik Europäische Schlüsselstaaten wollen Kaja Kallas’ Macht beschneiden
15.06.2026

Mehrere Mitgliedstaaten der Europäischen Union, allen voran Deutschland und Frankreich, suchen nach Möglichkeiten, die Macht der Hohen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Investoren verlieren Geduld: Merz-Beauftragter Blessing warnt vor Ernüchterung
15.06.2026

Deutschland gilt international weiterhin als verlässlicher und stabiler Standort. Dennoch wächst bei manchen Investoren die Skepsis...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft USA-Iran-Abkommen: Kommt jetzt die Entlastung bei den Spritpreisen?
15.06.2026

Die Einigung zwischen den USA und dem Iran sorgt weltweit für Aufmerksamkeit – auch an den Energiemärkten. Experten sehen Chancen auf...

DWN
Politik
Politik Ukraine entwickelt kostengünstige Alternative zu US-amerikanischen Patriot-Raketen
15.06.2026

Die Ukraine hat eine neue Luftabwehrrakete getestet, die eine kostengünstigere und für die Serienfertigung geeignete Alternative zum...

DWN
Finanzen
Finanzen Rheinmetall-Aktie kaufen? Der Superzyklus steht erst am Anfang
15.06.2026

Der Wert der Rheinmetall-Aktie hat sich seit 2022 bereits vervielfacht. Russlands Krieg gegen die Ukraine, Europas Aufrüstung und...

DWN
Finanzen
Finanzen SpaceX, Anthropic und OpenAI in Ihrem ETF-Fonds? Vielleicht schneller, als Sie denken
15.06.2026

Während Tesla ein ganzes Jahrzehnt gebraucht hat, um in den S&P 500 und damit in passiv verwaltete ETF-Fonds aufgenommen zu werden,...