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 Damit Sie sich auf Ihr Unternehmen konzentrieren können

Ein Unternehmen zu führen, bedeutet, täglich Verantwortung zu übernehmen und Entscheidungen zu treffen. Gleichzeitig soll möglichst...

X

DWN-Wochenrückblick

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

E-mail: *

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

DWN
Politik
Politik Erster AfD-Ministerpräsident in Sachsen-Anhalt? Siegmund stellt sich zur Wahl
30.09.2026

AfD-Spitzenkandidat Ulrich Siegmund will sich nach seinem Sieg bei der Landtagswahl in Sachsen-Anhalt im Dezember als Ministerpräsident...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Aus für Bohai-Automotive: Werksschließung in Harzgerode
30.09.2026

Der Autozulieferer Bohai Automotive schließt sein Werk im Harz endgültig. Rund 550 Arbeitsplätze verschwinden an dem traditionsreichen...

DWN
Politik
Politik Neuordnung Pflegeversicherung beschlossen: Regierung bringt Pflegereform auf den Weg
30.09.2026

Die Bundesregierung gibt nach langem Ringen von Union und SPD grünes Licht für die geplante Pflegereform. Das Kabinett beschließt den...

DWN
Finanzen
Finanzen KI-Immobilienberatung: ChatGPT wählt einen Immobilienkredit – sinnvoll oder nicht?
30.09.2026

Ein Wohnungskauf für rund 803.000 Euro, eine hohe Eigenleistung und der Wunsch nach Kindern: Kann ChatGPT bei der Wahl des passenden...

DWN
Finanzen
Finanzen LPKF-Aktie bricht nach Prognosesenkung ein: Verzögerte Aufträge belasten Ausblick
30.09.2026

Die LPKF-Aktie ist am Mittwoch kräftig unter Druck geraten. Der Laserspezialist hat seine Prognose für 2026 deutlich gesenkt, weil sich...

DWN
Politik
Politik Russland erhöht Militärausgaben um 27 Prozent. Putin: Krieg mit Europa wäre kurz
30.09.2026

Medwedew spricht von Angriffen auf deutsche Fabriken. Russland beschlagnahmt deutsches Vermögen. Russische Fluggeräte sorgen an der...

DWN
Finanzen
Finanzen Bitcoin-Kurs aktuell: Rally verliert an Schwung vor US-Inflationsdaten
30.09.2026

Der Bitcoin-Kurs hält sich am Mittwochmorgen über 83.000 US-Dollar, doch unter der Oberfläche verliert die jüngste Rally an Kraft....

DWN
Unternehmen
Unternehmen 1627 gegründet: Traditionsbrauerei Wolters wird geschlossen
30.09.2026

Das Brauerei-Sterben geht weiter: Die Wolters-Brauerei in Braunschweig schließt die Tore. Für die Produktionsstätte mit 90 Mitarbeitern...