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
Politik
Politik Größte Fregatte der Welt: Warum die F126 die Deutsche Marine in der Milliardenfalle hält
26.04.2026

Die Bundeswehr wartet auf ihre neuen U-Boot-Jäger. Und wartet, und wartet. Sechs Fregatten der Klasse F126, einst als größte ihrer Art...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Azubis gesucht? Welche Benefits für Auszubildende attraktiv sind
26.04.2026

Der Ausbildungsmarkt steht unter erheblichem Druck: Fast jeder zweite Betrieb konnte letztes Jahr nicht alle Ausbildungsplätze besetzen....

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Energiekrise in Europa: Warum Europas Strategie zunehmend zerfällt
26.04.2026

Die Energiepreise steigen weiter und Europas Regierungen reagieren mit Milliardenhilfen, Steuererleichterungen und Notmaßnahmen. Doch...

DWN
Panorama
Panorama Leben nach Tschernobyl: Schicksal eines Liquidators zwischen Atomkatastrophe und Krieg in Kiew
26.04.2026

Mehr als drei Jahrzehnte nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl kämpft ein ehemaliger Liquidator noch immer mit den Folgen. Inmitten...

DWN
Finanzen
Finanzen Kevin Warsh vor Fed-Spitze: Politischer Druck auf die US-Notenbank wächst
26.04.2026

Die Entscheidung über die künftige Führung der US-Notenbank rückt näher und bringt politische Spannungen rund um den Fed-Vorsitz...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Neues EU-Grenzsystem EES belastet Flughäfen: Branche warnt vor Verzögerungen
26.04.2026

Das neue EU-Grenzsystem EES sorgt an europäischen Flughäfen für wachsende Unsicherheit im Reiseverkehr und stellt Abläufe zunehmend auf...

DWN
Technologie
Technologie Telekom testet Quantentechnologie: Glasfasernetz in Berlin im Praxiseinsatz
25.04.2026

Ein Berliner Experiment bringt Quanten-Teleportation erstmals über ein Telekom-Glasfasernetz in eine reale Infrastruktur und markiert...

DWN
Politik
Politik Energieanalyst Demostenes Flores: Europa wird beim Iran-Krieg den Preis zahlen
25.04.2026

„Wir befinden uns in einer Art drittem Weltkrieg in Etappen“, warnt der Energieanalyst Demostenes Floros über den aktuellen Konflikt...