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 Ukrainische Eisenbahn: Russland eröffnet eine neue Front gegen Kiew
13.09.2026

Russland verändert seine Angriffstaktik und nimmt immer häufiger ausgerechnet jene Infrastruktur ins Visier, die die Ukraine...

DWN
Finanzen
Finanzen AppLovin-Aktie: Ist dieser KI-Titel jetzt viel zu billig?
13.09.2026

Mehr als die Hälfte ihres Wertes hat die AppLovin-Aktie seit Jahresbeginn verloren. Doch während Anleger fliehen, wachsen Umsatz und...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Die ältesten Familienunternehmen Deutschlands – von Konzern bis Mittelstand
13.09.2026

Von Merck bis Meindl, von Haniel bis Herder – die 50 ältesten deutschen Familienunternehmen bilden die ganze Vielfalt dieses...

DWN
Technologie
Technologie KI-Cyberangriffe: Banken warnen vor einem neuen Wettrüsten
13.09.2026

Eine vernetzte Kaffeemaschine kann reichen, um Hackern den Weg in eine Bank zu öffnen. Künstliche Intelligenz verändert die...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Arbeiten bei 35 Grad: Braucht Deutschland ein Hitzearbeitsrecht?
13.09.2026

Der Sommer 2026 brachte Rekordtemperaturen von über 41 Grad und mehr als 12.000 hitzebedingte Todesfälle. Jeder Hitzetag kostet die...

DWN
Technologie
Technologie Cyber Resilience Act: Wie Saugroboter zu Waffen werden
13.09.2026

Saugroboter saugen Staub, Kameras überwachen das Haus – und im schlimmsten Fall greifen beide nebenbei fremde Computersysteme an....

DWN
Panorama
Panorama Höhere Kassenbeiträge: Warum Versicherte jetzt selbst aufpassen müssen
13.09.2026

Ein höherer Krankenkassenbeitrag kann das Nettogehalt spürbar schmälern. Bislang kündigten persönliche Schreiben solche Änderungen...

DWN
Politik
Politik Nord Stream bis Schulen: Was könnte die AfD in Mecklenburg-Vorpommern ändern?
13.09.2026

Nord Stream reaktivieren, Windkraft bremsen, den Rundfunkbeitrag abschaffen: Die AfD plant für Mecklenburg-Vorpommern tiefgreifende...