Hybride Materialsysteme

Forschungsthemen

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In-situ Aufbau eines Verformungsexperimentes. Während der mechanischen uniaxialen Kompression der winzigen Probe zwischen dem Glasstempel und dem Küvettenboden kann gleichzeitig eine elektrische Spannung zwischen der Probe und einer sich im Elektrolytbad befindenden Referenz eingestellt werden. © SFB 986

Elastizität und Plastizität von Nanomaterialien

Forschung_elastische_nanomaterialien

In nanokristallinen Volumenmaterialien kann die relative Häufigkeit von Korngrenzen so groß sein, dass ihr Einfluss auf das Verformungsverhalten, beispielsweise Verschiebungen der Korngrenzen gegeneinander (in der Zeichnung durch den Versatz der schwarzen Markierungen hervorgehoben) einen signifikanten oder sogar dominanten Beitrag zur Gesamtverformung stellen. Dadurch beobachtet man völlig neue Verformungseigenschaften, wie erhöhte elastische Nachgiebigkeit bei gleichzeitig massiv höherer Festigkeit im Vergleich zum konventionellen, nicht nanostrukturierten Metall.

Nanomaterialien mit integrierter Festigkeit und Funktion

Forschung_Funktionelle_Nanomaterialien

Der hohe Anteil an Grenz- und Oberflächen in nanostrukturierten Materialien ermöglicht die Modifikation von Materialeigenschaften (z.B. Festigkeit, katalytische Aktivität und sogar die Probengröße) durch gezieltes Verändern der Eigenschaften der Grenzflächen. Das ist im Fall von nanoporösen Metallen über Ihren großen Anteil an Oberflächen elektrochemisch über Veränderung des Oberflächenpotentials zu bewerkstelligen. In der abgebildeten Kurve sieht man wie der elastische Modul des untersuchten Materials (rote Kurve) durch Veränderung des Oberflächenpotentials (blaue Kurve) gezielt und reproduzierbar eingestellt werden kann.

Elektrochemische Mechanik von Materialien für die Energiespeicherung

Projekt_elektrochem_Mechanik

Der häufigste Mechanismus zur Speicherung elektrischer Energie ist das Einlagern von kleinen Ionen wie Lithium in Wirtsstrukturen. Dieser Prozess führt in fast allen Fällen zu einer deutlichen Vergrößerung des ionenaufnehmenden Materials und verursacht mechanische Spannungen. Umgekehrt koppeln diese Spannungen ihrerseits wieder zurück auf das Einlagerungsverhalten; anschaulich wie ein Schwamm aus dem man durch äußeres Anbringen von mechanischer Spannung das Wasser rauspresst und durch anschließendes Entlasten wieder Wasser reinsaugt. Die Abbildung zeigt eine Apparatur, die genau diesen Effekt nachmisst, indem eine kleine Filmprobe aus Gold zyklisch gedehnt wird und der dadurch resultierende Lithiumfluss in/aus dem Goldfilm als Strom oder Potentialänderung gemessen wird.