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 Gold als strategischer Anker: Warum physische Substanz zählt

Wo sich die wirtschaftlichen Gewichte grundlegend verschieben, suchen Unternehmen sowie Privatanlegerinnen und Privatanleger nach...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsenbericht: „Blaue Welle“ lässt Aktienmärkte steigen – Ölpreise auf Talfahrt
04.11.2026

Erfahren Sie, wie die neuesten politischen Entwicklungen in den USA die Finanzmärkte bewegen und welche Branchen jetzt im Fokus stehen.

DWN
Politik
Politik Stromumlage ab 2031 geplant: Stromverbraucher sollen neue Gaskraftwerke finanzieren
04.11.2026

Elf Kraftwerksprojekte erhalten Geld dafür, Strom für Dunkelflauten bereitzuhalten. Die Kosten sollen auf alle Stromverbraucher umgelegt...

DWN
Technologie
Technologie Digitale Souveränität: Wie Trump Europas Cloud-Abhängigkeit offenlegt
04.11.2026

Europäische Unternehmen speichern ihre Daten in heimischen Rechenzentren und verlassen sich auf deren Sicherheit. Doch der...

DWN
Technologie
Technologie Dacia Duster im Test: Wenn die Reichweite an der Grenze zur Unwahrscheinlichkeit liegt
04.11.2026

1.410 Kilometer Reichweite, Allradantrieb und drei Antriebstechnologien in einem Auto: Der Dacia Duster Hybrid 4x4 verspricht erstaunlich...

DWN
Politik
Politik Die Amerikaner haben uns bislang erfolgreich gespalten
04.11.2026

Russland gilt seit Jahren als Meister der Einflussnahme auf Europa. Doch inzwischen richtet sich der Blick zunehmend auf Washington. Auch...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Maschinenbau: 14 Prozent mehr Aufträge im September
04.11.2026

14 Prozent mehr Aufträge im September, vor allem aus dem Inland: Für den Maschinenbau ist das ein Hoffnungsschimmer. Doch der starke...

DWN
Politik
Politik Pleitewelle erwartet: Krankenhäuser fürchten neue Milliardenlöcher und Insolvenzen
04.11.2026

Die Finanzlöcher deutscher Krankenhäuser werden immer tiefer: Eine Welle von Klinik-Insolvenzen wird erwartet. Um gegenzusteuern, wollen...

DWN
Finanzen
Finanzen Wie reagiert die EZB? Inflationsrate in Eurozone steigt im Oktober auf 4,0 Prozent
04.11.2026

Die Inflation in der Eurozone ist im Oktober auf den höchsten Stand seit über drei Jahren gestiegen. Damit entfernt sich die Teuerung...