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
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
Finanzen
Finanzen Vielleicht ist alles, was man Ihnen über Geld erzählt hat, falsch?
12.07.2026

Vielleicht gelten die jahrhundertealten Investitionsweisheiten nicht mehr? Vielleicht sind es Mythen, die früher einmal funktioniert...

DWN
Immobilien
Immobilien Wohnungswirtschaft: Neubau droht der "Kollaps"
12.07.2026

Schon 2025 sank die Fertigstellung neuer Quartiere auf den niedrigsten Wert seit mehr als einem Jahrzehnt. Auch für dieses Jahr schlägt...

DWN
Technologie
Technologie Cyberrisiken erkennen: 5 typische Schwachstellen im Mittelstand und was Unternehmen tun können
12.07.2026

Cyberangriffe treffen den Mittelstand oft nicht durch spektakuläre Hackertricks, sondern durch alltägliche Versäumnisse. Eine Analyse...

DWN
Panorama
Panorama Von der Pandemie zur erschöpften Gesellschaft: Verschwindet die Menschlichkeit immer mehr?
12.07.2026

Alles begann mit der COVID-19-Pandemie, seitdem geht es weiter bergab. Es entstehen immer neue militärische Konflikte, wirtschaftliche...

DWN
Technologie
Technologie Verliebt in einen Bot – Sind KIs die besseren Partner?
12.07.2026

Immer verfügbar, stets zuvorkommend, keine Ego-Touren: Im Gespräch mit KI-Bots fehlt der menschliche Faktor. Kann das unter Umständen...

DWN
Immobilien
Immobilien Vom Leerstand zum Lebensraum – der Staat will leere Büros in Wohnraum verwandeln
12.07.2026

Die deutschen Innenstädte stecken in einer bizarren Identitätskrise: Auf der einen Seite suchen Menschen verzweifelt nach bezahlbarem...

DWN
Panorama
Panorama Porträt: Er erbte Milliarden und ein Schloss – so hält er das Erbe seines berühmten Großvaters am Leben
12.07.2026

Er erbte Tausende von Werken des vielleicht größten Künstlers der Welt. Nun widmet er seine Zeit dem Verleihen dieser Werke an Museen...

DWN
Politik
Politik Renteneintritt: Die Babyboomer-Welle trifft den Arbeitsmarkt hart
11.07.2026

Der bevorstehende Rentenboom der Babyboomer-Generation wird die deutsche Wirtschaft weitaus härter treffen als bislang prognostiziert. Zu...