Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Materialien, die breiter werden, wenn man daran zieht

13.09.2011
Die Erfahrung lehrt, je stärker ein elastisches Gummiband in die Länge gezogen wird, desto schmaler wird es.

Wissenschaftler an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) beschäftigen sich mit Materialien, die ganz gegensätzlich reagieren: Sie werden beim Strecken breiter und beim Zusammendrücken schmaler.

Diese neuen – so genannten auxetischen – Materialien besitzen wertvolle mechanische Eigenschaften: Sie können viel Energie aufnehmen oder sind besonders bruchfest und lassen sich in der Praxis vielseitig einsetzen: beispielsweise in Stoß- und Schalldämpfern oder auch als Knochenersatzstoffe und Implantate in der Medizintechnik.

Die Erlanger Forscher aus den Bereichen Leichtbau und Modellierung des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials haben diese ungewöhnlichen Strukturen entworfen und optimiert. Darüber berichten sie in zwei Aufsätzen der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Advanced Materials: „Design of Auxetic Structures via Mathematical Optimization” von J. Schwerdtfeger, F. Wein, G. Leugering, R. F. Singer, C. Körner, M. Stingl und F. Schury (DOI: 10.1002/adma.201004090) und „Finding Auxetic Frameworks in Periodic Tessellations“ von H. Mitschke, J. Schwerdtfeger, F. Schury, M. Stingl, C. Körner, R. F. Singer, V. Robins, K. Mecke and G. E. Schröder-Turk (DOI: 10.1002/adma.201100268).

Auxetische Materialien sind physikalisch durch eine negative Querkontraktionszahl charakterisiert, einer Größe aus der Mechanik bzw. Festigkeitslehre, die das Verhalten eines Körpers unter dem Einfluss einer Zugkraft bzw. Druckkraft beschreibt. Ihre komplexen Strukturen und Geometrien wurden in interdisziplinären Clusterprojekten, an denen Mathematiker, Physiker und Werkstoffwissenschaftler beteiligt sind, durch Modellierung und Simulation zunächst im Computer entwickelt und in einem zweiten Schritt dann mit einem Rapid-Manufacturing-Verfahren, dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen, produziert. Dabei wird das Bauteil mit Hilfe eines Elektronenstrahls durch selektives Schmelzen schichtweise aus Metallpulver aufgebaut. Die so erzeugten Bauteile zeigen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften, ein Beleg für gute Übereinstimmung zwischen berechneten und gemessenen mechanischen Eigenschaften. Hier zeigt sich das große Potenzial der Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren in der Kombination aus physikalischer Modellierung, mathematischer Strukturoptimierung und präziser Fertigung.

Neben dem optimalen Design auxetischer zellularer Metalle spielt die Modellierung und Simulation auch in vielen anderen Bereichen im Erlanger Exzellenzcluster eine entscheidende Rolle, so etwa im Bereich der Computerchemie oder bei der Entwicklung optischer Metamaterialien auf der Nanoskala. Über ihre Forschungsarbeit berichten die Wissenschaftler in 20 Aufsätzen des Sonderbands „Hierarchical Structures Towards Functionality“ der Zeitschrift Advanced Materials, der ganz dem Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials gewidmet ist. (Online-Ausgabe unter http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.v23.22/23/issuetoc).

Für den Band haben mehr als 60 Wissenschaftler aus allen acht Disziplinen des Clusters mehr als ein Jahr geplant und geschrieben, bis das fast 200 Seiten umfassende Heft fertig gestellt war. Es enthält verschiedene Übersichtsartikel aus den Materialbereichen Nanoelektronik, Optik und Photonik, Katalyse und Leichtbau, die Aspekte der bisher im Exzellenzcluster geleisteten Forschung zusammenfassen sowie neun Artikel mit aktuellsten und erstmals publizierten Ergebnissen. „Wir sind sehr stolz, mit dieser Sonderausgabe in Advanced Materials, einer der international bedeutendsten materialwissenschaftlichen Fachzeitschriften, unseren aktuellen Forschungs- und Arbeitsstand international sichtbar und auf höchstem wissenschaftlichem Niveau darstellen zu können. Vor der anstehenden Begutachtung für eine zweite Förderperiode des Exzellenzclusters von 2012 bis 2017 ist dies ein wichtiger Beleg für die herausragende Leistungskraft und ein Alleinstellungsmerkmal des Clusters“, sagt Professor Dr. Wolfgang Peukert, Sprecher des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials und einer der drei Gastherausgeber.

Weitere Informationen für die Medien:

Prof. Dr. Wolfgang Peukert
Tel. 09131/85-29400
w.peukert@lfg.uni-erlangen.de

Dr. Pascale Anja Dannenberg | idw
Weitere Informationen:
http://www.eam.uni-erlangen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Schnell, berührungslos: Dehnungsmessverfahren für thermisch-mechanisch hoch belastete Werkstoffe
20.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie