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Saarbrücker Forscher blickt in das Innere von Materialien

31.03.2010
Materialforscher sind in der Industrie gefragt, wenn man zum Beispiel Stahl härter, Beschichtungen hitzebeständiger oder Edelmetalle leitfähiger machen möchte. Die Wissenschaftler verändern dafür häufig nicht nur die chemischen Eigenschaften des Materials, sondern greifen in seine Struktur ein, sogar bis auf die atomare Ebene. Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes, kann diese chemischen und strukturellen Veränderungen jetzt mit der so genannten Nano-Tomographie auch dreidimensional präzise sichtbar machen. Sie bietet einen bisher unbekannten Einblick in das Innere der Werkstoffe.

Die Nano-Tomographie funktioniert ähnlich wie die Computer-Tomographie in der medizinischen Untersuchung: Im Unterschied dazu wird der Körper aber nicht scheibchenweise durchleuchtet, sondern durch einen sehr präzisen Ionenstrahl systematisch in Nano-Scheibchen zerlegt. Die dabei erfassten Bildserien werden anschließend im Computer wieder zum exakten räumlichen Abbild zusammengefügt. Durch die extrem hohe Auflösung der Nano-Tomographie und der unterschiedlichen Kontrastverfahren können die Materialforscher damit nicht nur chemisch analysieren, welche Atome enthalten sind, sondern sie können auch veranschaulichen, welche Gitterstruktur die Kristalle des Materials haben und welche Nanostrukturen daraus geformt wurden.

Bisher wussten die Entwickler bei vielen Materialien oft nicht genau, welche Substanz eine gewünschte Eigenschaft ausgelöst hat. Beispiel Motorenbau: In hochwertigen Autos werden heute Motorblöcke aus Aluminium eingebaut, um die Fahrzeuge leichter zu machen. Aluminium ist jedoch ein sehr weiches Material, das erst durch die Zugabe von Silizium fester wird. Das sonst für Mikrochips oder Solarzellen verwendete Silizium breitet sich im Aluminium in Form eines extrem feinen „Silizium-Dickichtes“ aus. Ob dieses feinmaschige Netzwerk gleichmäßig wird und damit auch das Aluminium eine gleichförmige Struktur erhält, hängt von ganz wenigen Atomen eines weiteren Stoffes ab. Welche Rolle dieser Zusatzstoff genau spielt, haben jetzt Professor Frank Mücklich und sein Team entschlüsselt. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem Verbund der deutschen Leichtmetall-Gießereien (VDG), zu dem auch die saarländische Firma Nemak gehört, konnten sie anhand der Nano-Tomographie erstmals darstellen, wie sich das Silizium ausbreitet. Mit Hilfe einer speziellen Sonde entdeckten sie dann einzelne Strontium-Atome. Allein die Zugabe von einigen Millionstel Anteilen Strontium verändert das dreidimensionale Siliziumnetzwerk völlig und macht am Ende den Motorblock wesentlich fester.

Auf diese feinen Strukturen kommt es beispielsweise auch in der Elektroindustrie an. In einem Forschungsprojekt mit Bosch, Siemens und der deutschen Edelmetallindustrie untersucht Professor Mücklich, wie stark elektrische Schaltungen darunter leiden, dass bei jedem Ein- und Ausschalten ein kleiner Funke fast unsichtbar überspringt. Der Wissenschaftler konnte mit seinem Team zeigen, wie diese Entladung in Nanodimensionen das Innenleben des so genannten „Kontaktwerkstoffs“ verändert und die Lebensdauer des Bauelementes beendet. Mit diesen Erkenntnissen sollen nun neue Materialien entwickelt werden, denen die extreme Hitze des Funkens von bis zu 6000 Grad Celsius nichts ausmacht.

Kontakt:
Prof. Dr. Frank Mücklich
Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe Campus,
Gebäude D3 3 66123 Saarbrücken
Telefon: 06 81/3 02-7 05 00
E-Mail: muecke@matsci.uni-sb.de

Helga Hansen | Innovationseinblicke Saarland
Weitere Informationen:
http://www.geniales-saarland.de
http://fuwe.uni-saarland.de

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