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 Gestiegene Betriebskosten: Wachsender Druck auf Produktionsbetriebe

Die deutsche Wirtschaft steht im Jahr 2026 vor enormen Herausforderungen, welche die Gewinnspannen der Betriebe spürbar verringern. Laut...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Pontes: So will die EZB den Finanzmarkt beschleunigen
24.09.2026

Die EZB macht ernst mit der Digitalisierung des Finanzmarkts. Mit Pontes können Wertpapiergeschäfte auf digitalen Plattformen erstmals...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Marktbericht: US-Aktien schließen nach Tech-Rücksetzer im Minus
23.09.2026

Welche geopolitischen und wirtschaftlichen Faktoren die Wall Street zur Wochenmitte aus der Bahn warfen.

DWN
Finanzen
Finanzen Goldpreis aktuell unter Druck: Starker Dollar und Zinssorgen belasten Goldkurs
23.09.2026

Der Goldpreis fällt am Mittwoch deutlich. Ein stärkerer US-Dollar und die Aussicht auf weitere Zinserhöhungen der US-Notenbank Fed...

DWN
Politik
Politik Spritpreise: Deutschland plant den Deckel, Kroatien begrenzt schon heute
23.09.2026

Die Spritpreise steigen, und Europas Regierungen greifen immer stärker in den Markt ein. Deutschland senkt die Energiesteuer und plant...

DWN
Politik
Politik Protest gegen EU-Bürokratie: 13 EU-Staaten wollen Brüssel einbremsen
23.09.2026

Österreich macht gemeinsam mit zwölf weiteren EU-Staaten Druck auf Brüssel: Ein Jahr lang soll bei neuen EU-Gesetzen weitgehend auf die...

DWN
Politik
Politik Regierungsbildung in Sachsen-Anhalt – BSW als Zünglein an der Waage?
23.09.2026

Die Atmosphäre sei gut, die Gespräche konstruktiv: In Sachsen-Anhalt tasten sich AfD und BSW langsam heran. Ein Patt im Landtag könnte...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Henkel-Aktie unbeeindruckt: Grünes Licht für Stahl Parent-Übernahme
23.09.2026

Der Konsumgüterkonzern Henkel darf den niederländischen Spezialbeschichtungshersteller Stahl Parent für 2,1 Milliarden Euro übernehmen....

DWN
Politik
Politik Drohnenhersteller Stark Defence: Bundeswehr erhält bald Virtus-Kamikazedrohnen
23.09.2026

Der Drohnenhersteller Stark Defence steht bei einer Bundeswehr-Großbestellung von Kampfdrohnen in den Startlöchern: Die an...