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 BASF-Aktie: Ludwigshafener Chemiekonzern bleibt für 2026 vorsichtig – BASF-Zahlen überzeugen nicht
27.02.2026

Die endgültigen BASF-Quartalszahlen überzeugen die Anleger nicht. Der weltgrößte Chemiekonzern hat eine vorsichtige Prognose...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Verdi-Warnstreik im Nahverkehr vielerorts gestartet: Busse und Bahnen stehen still – Tarifkonflikt spitzt sich zu
27.02.2026

Der Verdi-Warnstreik legt den Nahverkehr in weiten Teilen Deutschlands lahm und trifft Millionen Pendler. Busse und Bahnen stehen still,...

DWN
Politik
Politik US-Urteil bremst Trumps Zollpolitik: Indien setzt weiterhin auf russisches Öl
27.02.2026

Ein Urteil des Obersten Gerichtshofs der USA begrenzt den handelspolitischen Spielraum von Präsident Trump und beeinflusst die Debatte...

DWN
Politik
Politik Zuckersteuer: Mehrheit der Deutschen für Steuer auf zuckerhaltige Getränke
27.02.2026

Eine Umfrage zeigt: 60 Prozent der Menschen in Deutschland befürworten eine Steuer auf zuckerhaltige Getränke. Besonders hoch ist die...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft KI beschleunigt Stellenabbau: Diese Branchen geraten unter Druck
27.02.2026

Weltweit treiben Unternehmen den Ausbau von Künstlicher Intelligenz voran und richten ihre Investitionsstrategien neu aus. Welche Folgen...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsen: Nvidias steiler Kurssturz drückte den Technologiesektor ins Rote
26.02.2026

Trotz der hervorragenden Finanzergebnisse des KI-Riesen Nvidia konnte das Unternehmen die Investoren nicht ausreichend überzeugen. Dies...

DWN
Politik
Politik EU-Klimazoll: CO2-Zoll soll auch für Waschmaschinen und andere Waren kommen
26.02.2026

Künftig sollen 180 Industrieprodukte, darunter auch Haushaltswaren, unter den EU-CO2-Zoll fallen. Was die Kommission damit erreichen will.

DWN
Politik
Politik Bundeswehr bekommt Kamikaze-Drohen: Stärkung der Nato-Ostflanke
26.02.2026

Deutschland stellt 540 Millionen Euro für Kamikaze-Drohnen bereit und stärkt damit gezielt die militärische Präsenz an der...