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
Finanzen
Finanzen Kapitalrente 2028: Was Sie erwarten dürfen, wenn Sie mit 30, 40 oder erst 50 beginnen
29.08.2026

Die aktuelle Rentenreform sieht ab 2028 auch eine Kapitalrente vor, bei der Anteile der Rentenbeiträge am Kapitalmarkt angelegt werden....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Ford E-Transit Courier im Test: Der Elektro-Spezialist für die Stadt
29.08.2026

Der Ford E-Transit Courier ist konsequent auf städtische Lieferdienste zugeschnitten. Er bietet ausreichend Reichweite für den...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Volkswagen unter Druck: Wie umfangreich muss der Konzern sparen?
29.08.2026

Hohe Kosten, Überkapazitäten und ein unerbittlicher Wettbewerb setzen Volkswagen massiv unter Druck. Mehrere Werke fürchten um ihre...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Engpass bei Diesel: Warum Autofahrer einen teuren Winter fürchten müssen
29.08.2026

Die Straße von Hormus bleibt ein Nadelöhr für den weltweiten Ölhandel. Trumps neue Sanktionen sollen den Iran wirtschaftlich treffen,...

DWN
Technologie
Technologie Neue KI-Offensive könnte Bäckereien Millionen sparen
29.08.2026

Die Bäckereikette Bodenhoff will mit einem neuen KI-Werkzeug Abfall reduzieren und Mehrverkäufe sichern. Es soll die Planung der...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Deindustrialisierung schreitet voran: Deutschlands Industrie verliert weiter Arbeitsplätze
29.08.2026

Laut Daten des Bundesverbands der Deutschen Industrie (BDI) verliert Deutschland derzeit monatlich durchschnittlich rund 15.000...

DWN
Finanzen
Finanzen Tagesgeld: Hamburg Direct Bank hebt Aktionszins für Tagesgeldkonto an
29.08.2026

Ein höherer Aktionszins und eine verlängerte Garantie machen das Tagesgeld der Hamburg Direct Bank noch interessanter. Weil Experten eine...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Marktbericht: Warsh verspricht Kampf gegen die Inflation; S&P 500 und Chipwerte geben nach
28.08.2026

Wie die jüngsten Signale der US-Notenbank und überraschende Einzelmeldungen die Wall Street in Bewegung versetzen.