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
X

DWN-Wochenrückblick

Weniger E-Mails, mehr Substanz: Der DWN-Wochenrückblick liefert 1x/Woche die wichtigsten Themen kompakt und Podcast. Für alle, deren Postfach überläuft.

E-mail: *

Ich habe die Datenschutzerklärung sowie die AGB gelesen und erkläre mich einverstanden.

DWN
Technologie
Technologie Wind- und Solarenergie in EU übertrifft fossile Brennstoffe
22.01.2026

Wind- und Solarenergie haben 2025 in der EU erstmals mehr Strom erzeugt als fossile Brennstoffe. Gut 30 Prozent des Stroms stammten aus...

DWN
Politik
Politik Machtverschiebung in Syrien: Rückzug der Kurden und Neuausrichtung der USA
22.01.2026

Der Rückzug der Kurden aus Nordostsyrien markiert eine strategische Zäsur und verschiebt das Machtgefüge zwischen Damaskus und...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft US-Boykott: Wie Dänen amerikanische Produkte aus dem Einkauf verbannen
22.01.2026

Der politische Streit um Grönland erreicht den Alltag der Verbraucher. In Dänemark meiden viele gezielt US-Produkte, unterstützt von...

DWN
Politik
Politik US-Präsident Trump gründet Friedensrat: Wer teilnimmt und wer ablehnt
22.01.2026

Trumps neuer "Friedensrat" sorgt international für Diskussionen. Während Ägypten, Albanien und Argentinien sofort zusagen, halten...

DWN
Politik
Politik Europa, die digitale Kolonie: Fünf Risiken im Umgang mit Trump
22.01.2026

Donald Trumps Umgang mit Europa sorgt für Alarm: Nach Zolldrohungen und dem Grönland-Konflikt wirkt die EU machtlos. Berlin und Brüssel...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Spielwarenhändler Rofu insolvent: So geht es jetzt für Kunden und Mitarbeiter weiter
22.01.2026

Der Spielwarenhändler Rofu steht plötzlich im Fokus einer drastischen Entwicklung: Nach Problemen im Geschäft rutscht das...

DWN
Immobilien
Immobilien Immobilienmarkt im Schockzustand: Zinswende, Preisverfall, Baukrise – wie geht es 2026 weiter?
22.01.2026

Auf dem Immobilienmarkt setzt nach dem Zinsschock und einem Preissturz im Jahr 2025 eine zarte Gegenbewegung ein – aber mit völlig...

DWN
Politik
Politik Trump reist ohne Erfolge vom Weltwirtschaftsforum in Davos ab
22.01.2026

Mit Drohungen über neue Zölle und dem Anspruch auf eine stärkere US-Dominanz über Grönland versuchte US-Präsident Donald Trump, die...