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
DWN
Panorama
Panorama Tierischer Zwischenfall an der Küste: Quallen-Plage stoppt französische Atomreaktoren
27.08.2026

Eine unvorstellbare Menge von 200 Tonnen Quallen sorgt im größten Kernkraftwerk Frankreichs erneut für Betriebsstörungen. Der Betreiber...

DWN
Finanzen
Finanzen Fed-Zinsentscheid: Warum Warsh jetzt neue Turbulenzen riskiert
27.08.2026

Kevin Warsh will die Finanzmärkte an weniger Unterstützung und weniger Orientierung durch die Fed gewöhnen. Doch ausgerechnet vor dem...

DWN
Politik
Politik Gelassenheit trotz Gerüchten: Baltikum sieht nach CIA-Moskau-Reise keine Angriffsgefahr
27.08.2026

Ein unangekündigter Besuch von CIA-Direktor John Ratcliffe in Moskau heizte Spekulationen über eine angebliche Warnung vor russischen...

DWN
Politik
Politik Wende in Syrien: Ankara begrüßt das Aus für kurdische SDF-Miliz
27.08.2026

Die Entscheidung zur Auflösung der kurdisch geführten Streitkräfte im Nachbarland Syrien stößt in Ankara auf direkte Zustimmung. Die...

DWN
Immobilien
Immobilien Vorstoß gegen hohe Wohnkosten: Verfassungsrechtler gibt grünes Licht für bundesweiten Mietendeckel der Linken
27.08.2026

Mit einer zweistufigen Obergrenze will Die Linke die ausufernden Wohnkosten in Deutschland stoppen. Ein aktuelles Rechtsgutachten...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Milliarden-Zukauf im Aufwind: KI-Boom treibt Nvidia weiter zu Rekorden
27.08.2026

Der weltweite Spitzenreiter unter den Börsenkonzernen verzeichnet dank des anhaltenden Hypes um Künstliche Intelligenz weiterhin...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft VW-Aktie: Bis zu 115.000 Jobs in Gefahr – droht jetzt der Streik?
27.08.2026

Volkswagen steht vor einem der härtesten Umbauten seiner Geschichte: Bis zu 115.000 Arbeitsplätze könnten im Extremfall gefährdet sein,...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Bleiben Sie nicht zu lange im Job: Das ist die ideale Dauer
27.08.2026

Jobhopping galt lange als Makel im Lebenslauf. Eine neue Analyse zeigt nun ein anderes Bild: Wer sehr lange im selben Job bleibt, wirkt auf...