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
Panorama
Panorama Trump verdiente im vergangenen Jahr mehr als eine Milliarde, den größten Teil davon mit Kryptowährungen
11.07.2026

Der Vermögensbericht des US-Präsidenten und des Vizepräsidenten wurde veröffentlicht.

DWN
Unternehmen
Unternehmen Was passiert, wenn eine Kuh eine Smartwatch bekommt?
11.07.2026

HeroLabs, das slowenische Start-up des Jahres, hat fast sechstausend Kühe mit den MooHero-Smart-Halsbändern ausgestattet; nun...

DWN
Finanzen
Finanzen Schuldenweltmeister Deutschland: Regierung plant noch mehr Schulden - wird die Defizitgrenze gekillt?
10.07.2026

Die Staatsverschuldung wächst unter Bundesfinanzminister Klingbeil rasant und die Regierung hat bisher keinen Plan gegen steigende...

DWN
Politik
Politik Mammutsitzung vor der Sommerpause: Bundesrat beschließt zahlreiche Gesetze nach turbulenten Debatten
10.07.2026

Die Länderkammer hat sich mit einer außergewöhnlich dynamischen und dicht gedrängten Sitzung in die parlamentarische Sommerpause...

DWN
Unternehmensporträt
Unternehmensporträt 22 Euro pro Kasten: Wie eine Allgäuer Familienbrauerei die Branche aufmischt
10.07.2026

Der Bierabsatz in Deutschland stürzt auf ein historisches Rekordtief. Doch statt die Preise zu senken, verlangt die Meckatzer Löwenbräu...

DWN
Panorama
Panorama USA-Dynastien: Amerikas heimliche Herrscher
10.07.2026

Amerika feiert sich als Republik ohne Könige und ererbte Macht. Doch ein Blick in die Geschichte zeigt: Familien wie Adams, Rockefeller,...

DWN
Politik
Politik Die russische Kraftstoffkrise greift auf die Nachbarländer über
10.07.2026

Der Kreml warnt, dass er den Export von Kraftstoffen verbieten könnte. Einige Nachbarländer haben jedoch keine andere Alternative als...

DWN
Politik
Politik Ein Donnerschlag im Paradies: Trumps „Vertrauensfrau“ Giorgia Meloni macht Platz für einen Anderen
10.07.2026

Trouble in paradise. So könnte man das Verhältnis zwischen der italienischen Ministerpräsidentin Giorgia Meloni und US-Präsident Donald...