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
Unternehmen
Unternehmen Escort zwischen Plattform und Premiumservice: Wie sich ein diskreter Markt professionalisiert

Wenn über Escort-Services gesprochen wird, kommen dabei oft veraltete Assoziationen auf. Der Markt hat sich aber in den vergangenen Jahren...

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
Technologie
Technologie AI Act: Warum KI für Geschäftsführer zur Haftungsfalle wird – und welche Lösungen es gibt
22.04.2026

Der AI Act macht den Einsatz von KI zu einem erheblichen Haftungsrisiko – auch für die Unternehmensleitung. Spätestens ab August 2026...

DWN
Immobilien
Immobilien Wohnungsmangel: Bund als Wohnungsbauer? Regierung plant Bundesbaugesellschaft
22.04.2026

Wenn Wohnraum knapp wird, steigen die Preise: In Deutschland fehlen 1,4 Millionen Wohnungen zugleich verteuern sich die Mieten vor allen in...

DWN
Politik
Politik Deutsche Militärstrategie: Russland als Hauptbedrohung
22.04.2026

Russland als absehbar größte Bedrohung für die Sicherheit in Europa: Verteidigungsminister Boris Pistorius hat wegen der veränderten...

DWN
Panorama
Panorama Welttag der Erde: Extremhitze bedroht Landwirtschaft und Ökosysteme
22.04.2026

Fische mit Herzversagen, Kartoffeln im Hitzestress: Ein Bericht zeigt, wie Extremwetter Landwirtschaft und Ökosysteme weltweit bedroht....

DWN
Politik
Politik Transitstopp? Rosneft prüft Alternativen für Öl aus Kasachstan für PCK
22.04.2026

Ölprobleme für die Raffinerie PCK: Rosneft Deutschland prüft Ersatz für kasachisches Öl. Bisher bezieht Deutschland Erdöl aus...

DWN
Politik
Politik 90-Milliarden-EU-Kredit: Selenskyj verkündet Reparatur der „Druschba“-Pipeline
22.04.2026

Fast drei Monate floss nach einem russischen Drohnenangriff kein Erdöl von Russland über die Ukraine in die EU-Staaten Slowakei und...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Flugstreichungen: Lufthansa streicht 20.000 Flüge bis Oktober
22.04.2026

Die Schließung der Cityline reißt Lücken ins Lufthansa-Netz. Was heißt das konkret für die nächsten Monate und ihre Urlaubspläne?

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Lidl vor weiterem Ausbau: Einstieg in den EU-Mobilfunkmarkt geplant
22.04.2026

Lidl drängt mit neuen Mobilfunkplänen in einen Markt, der bislang von etablierten Anbietern geprägt ist. Kann die Schwarz Gruppe mit...