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 Datenschutz in Casino-Apps und was deutsche Nutzer wirklich erwarten

Spieler schreiben an ihr Online-Casino und verlangen Auskunft darüber, welche Daten über sie gespeichert wurden. Das Casino antwortet...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Renten-Kluft im Osten: BSW prangert "skandalösen Rückstand" an
28.05.2026

Auch mehr als dreieinhalb Jahrzehnte nach der Wiedervereinigung bleibt die Schere bei den Alterseinkommen weit geöffnet: Senioren in...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft China-Abhängigkeit wird zur Falle für Europas Industrie
28.05.2026

Europa will sich von China lösen und merkt nun, wie tief die eigene Industrie längst verstrickt ist. Brüssel setzt auf Härte, doch...

DWN
Politik
Politik Reiche in China: Wirtschaftsministerin wirbt für engere Zusammenarbeit
28.05.2026

Bundeswirtschaftsministerin Katherina Reiche setzt bei ihrem China-Besuch auf engere wirtschaftliche und politische Beziehungen. Angesichts...

DWN
Politik
Politik Persischer Golf unter Spannung: Waffenruhe gerät zunehmend ins Wanken
28.05.2026

Trotz laufender Gespräche über ein mögliches Kriegsende zwischen den USA und dem Iran wächst nach neuen Angriffen am Persischen Golf...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mehr Geld für den Aufsichtsrat: Deutsche Bank verteidigt Gehaltserhöhungen
28.05.2026

Bei der ersten Präsenz-Hauptversammlung seit 2019 sieht sich die Deutsche Bank mit Protesten und scharfer Kritik von Aktionärsvertretern...

DWN
Politik
Politik EU stoppt Debatte um Russland-Gesandten – Frieden bleibt vorerst außer Reichweite
28.05.2026

Die Europäische Union will vorerst keinen Sondergesandten für mögliche Gespräche mit Russland benennen. Bei einem informellen Treffen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft EU verhängt 200-Millionen-Strafe gegen Onlinehändler Temu
28.05.2026

Temu lockt Millionen Kunden mit Billigpreisen - nun greift die EU hart durch. Brüssel wirft der China-Plattform schwere Verstöße gegen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Energiepreise als Standortkiller: Droht Europa die Deindustrialisierung?
28.05.2026

Die Energiekrise spitzt sich weiter zu – angetrieben durch den Iran-Krieg und die Blockade der Straße von Hormus, die einen erheblichen...