Hybride Materialsysteme

Die Anforderungsprofile zukünftiger Hochleistungsmaterialien beinhalten zunehmend die Kombination aus Festigkeit und Funktionalität. Ein Beispiel sind Leichtbaumaterialien, die sensorische oder aktorische Eigenschaften aufweisen oder über die Fähigkeit zur Selbstheilung verfügen. Ein ähnlich breites Eigenschaftsspektrum wird von Energiespeichermaterialien gefordert, wo die enge Kopplung zwischen chemischen oder elektrochemischen Eigenschaften und dem mechanischen Spannungs- und Dehnungszustand eine enge Abstimmung der relevanten Materialparameter bedingt. Die Abteilung „Hybride Materialsysteme“ am Institut für Werkstoffforschung erforscht Strategien für das Materialdesign die spezifisch darauf abgestimmt sind, solche grundlegend verschiedene Eigenschaften in integrierten Materialkonzepten zu vereinigen.

Der Ansatz für hybride Materialsysteme mit integrierter Festigkeit und Funktionalität basiert auf zwei Prinzipien. Erstens, durch die Verwendung von Nanomaterialien mit extrem vielen Oberflächen wird der Einfluß von Grenzflächenphänomen maximiert. Zweitens wird der Werkstoff als ein Verbundmaterial ausgelegt, in dem die Kombination der Komponenten eine Kontrolle über die Grenzflächeneigenschaften durch externe Signale ermöglicht. Beispielsweise kann ein Netzwerk von Porenkanälen in einem nanoporösen Metall mit flüssigen Elektrolyten benetzt sein und damit ionischen Transport zulassen. So können die Grenzflächen polarisiert und damit ihre mechanischen, elektrischen oder optischen Eigenschaften modifiziert werden. Hybride Materialien erzielen also neuartiges funktionales Verhalten durch die Kombination zweiter grundlegend verschiedener Komponenten, wie im Beispiel einer niedrigviskosen Flüssigkeit und einer hochfesten Metallmatrixstruktur.

Die Abteilung “Hybride Materialsysteme” arbeitet eng mit dem Institut für Werkstoffphysik und Werkstofftechnologie an der Technischen Universität Hamburg-Harburg zusammen.