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
Technologie
Technologie Der wachsende Trend zu flexiblen Konsumausgaben bei deutschen Verbrauchern

Deutsche Haushalte verändern ihr Ausgabeverhalten grundlegend. Wo früher feste Sparpläne und monatliche Budgets den Alltag bestimmten,...

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
Technologie
Technologie ChatGPT & Co: Welche Risiken Unternehmen im E-Commerce drohen
12.08.2026

Die Spielregeln im Handel ändern sich radikal: Kunden verlagern ihre Suche in KI-Interfaces, Kaufentscheidungen treffen bald autonome...

DWN
Politik
Politik Geheimdienst-Reform: BND und Verfassungsschutz bekommen mehr Macht
12.08.2026

Die geplante Reform der Geheimdienste soll laut dem CDU-Politiker Henrichmann mehr Befugnisse bringen: Nachrichtendienste sollen künftig...

DWN
Finanzen
Finanzen Tagesgeld-Vergleich (08/2026): Diese Banken bieten die besten Tagesgeld-Zinsen
12.08.2026

Ein Tagesgeld-Konto gilt als sichere und flexible Geldanlage. Doch hinter manchem Spitzenangebot verbergen sich nicht selten Bedingungen,...

DWN
Politik
Politik Ölmarkt unter Druck: USA bremsen ukrainische Angriffe im Schwarzen Meer
12.08.2026

Die Ukraine trifft mit ihren Drohnenangriffen einen empfindlichen Nerv des russischen Ölgeschäfts. Doch nun greift Washington ein, denn...

DWN
Politik
Politik Rente und Pension im Vergleich: Wie groß die Unterschiede wirklich sind
12.08.2026

Die Renten sind im Schnitt deutlich niedriger als die Beamtenpensionen. Eine neue Auswertung aus dem Bundestag zeigt erhebliche...

DWN
Technologie
Technologie Ifo: Deutsche Unternehmen erwarten sinkende Löhne durch KI
12.08.2026

Die Betriebe gehen sehr viel häufiger von einem Rückgang als von einem Anstieg der Löhne in den kommenden fünf Jahren aus. Welche...

DWN
Finanzen
Finanzen Inflationsschock durch Energiepreise - Leben wird immer teurer
12.08.2026

Nach dem Auslaufen des Tankrabatts hat sich das Leben in Deutschland sprunghaft verteuert. Im Juli kletterte die Inflationsrate auf 2,8...

DWN
Finanzen
Finanzen Rheinmetall-Aktie stabilisiert sich: Rekordquartal trifft auf gekappte Umsatzprognose
12.08.2026

Rheinmetall wächst rasant und übertrifft im zweiten Quartal die Gewinnerwartungen. An der Börse reicht das bislang nur für eine...