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 Tagesgeld-Vergleich (09/2026): Diese Banken bieten die besten Tagesgeld-Zinsen

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

DWN
Politik
Politik Kanada und EU: Von der Leyens Plan könnte den Binnenmarkt verändern
27.09.2026

Kanada soll enger an die Europäische Union rücken als je zuvor. Ursula von der Leyen bringt dafür sogar eine "assoziierte...

DWN
Politik
Politik Gelockerter Kündigungsschutz für Hochverdiener: Was Arbeitgeber für 2027 wissen sollten
27.09.2026

Die Bundesregierung plant eine Reform des Kündigungsschutzes, in der Hochverdiener leichter kündbar werden sollen. Arbeitgeber können...

DWN
Panorama
Panorama Auswandern nach Andalusien: „In meinem Herzen habe ich zwei Seelen“
27.09.2026

Jens Halbroth und seine Frau Claudia suchten jahrelang nach einem neuen Lebensmittelpunkt. Sie reisten mit Motorrad und Wohnmobil durch...

DWN
Finanzen
Finanzen Weltweite Schulden mit Gold tilgen? Dann müsste es 400.000 Dollar kosten
27.09.2026

Die Goldpreise erreichen 2026 Rekordstände. Doch was wäre, wenn Staaten ihre Schulden theoretisch mit ihren Goldreserven decken wollten?...

DWN
Technologie
Technologie KI und Burnout: Warum ausgerechnet Entlastung krank machen kann
27.09.2026

KI soll Beschäftigte entlasten, Routinearbeit übernehmen und Unternehmen produktiver machen. Doch ausgerechnet die neue Effizienz schafft...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Horacio Pagani im Porträt: Seine Autos sind verkauft, bevor die Öffentlichkeit sie sieht
27.09.2026

Horacio Pagani baut keine Autos für den Massenmarkt. Im vergangenen Jahr sollen es gerade einmal rund 50 gewesen sein, das günstigste...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Unternehmensnachfolge: Mehr Schließungs- als Übergabepläne im Mittelstand
27.09.2026

Erstmals wollen mehr Mittelständler dichtmachen als übergeben. Betroffen sind auch profitable Betriebe mit vollen Auftragsbüchern. Oft...

DWN
Unternehmen
Unternehmen KI für Anwälte: Der 26-Jährige, dem Investoren Milliarden hinterhertragen
27.09.2026

Drei Gründer, drei Jahre und inzwischen eine mögliche Milliardenbewertung: Der erst 26-jährige Max Junestrand baut mit Legora eines der...