Metalle heilen sich selbst

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Bei dieser Idee gibt es vier konkrete Herausforderungen: Zuallererst muss ein Materialsystem gefunden werden, dessen Mikrostruktur es erlaubt, gezielt Nanorisse einzubauen in die die Formgedächtnis-Nanopartikel eingefügt werden. Dies ist bei früheren Ansätzen nur in makroskopisch grossen Kristallen gelungen.

Verformtes Material soll sich selbstständig reparieren

Hinzu kommt, dass bisherige Formgedächtnislegierungen immer einen externen Trigger, in Form von Wärme, Magnetismus oder mechanischer Umformung brauchten. Grabowski und Tasan wollen aber Formgedächtnislegierungen einbauen, die ohne externe Hilfe in ihre ursprüngliche Form zurückkehren und somit erlauben, dass das Material sich vollständig von selbst repariert.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, entwickelten die Wissenschaftler ein einmaliges Konzept. Grabowski aus der Abteilung „Computergestütztes Materialdesign“ stellt mit Hilfe der Quantenmechanik Leitlinien auf, um die Auswahl passender Materialsysteme zu begrenzen. Tasan aus der Abteilung „Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign“ stellt mittels Hochdurchsatzverfahren, welches ermöglicht in wenigen Tagen verschiedenste Materialkombinationen herzustellen, diese Materialsysteme her und testet ihre Eigenschaften.

Nur diese Kombination aus Theorie und Experiment ermöglicht den erzielten Fortschritt: die Materialwissenschaftler haben bereits ein Modell-Materialsystem gefunden und die grundlegende Charakterisierung der Mikrostruktur abgeschlossen. Im nächsten Schritt wird die Herstellung erfolgen, um die theoretischen Vorhersagen zu überprüfen.

Selbstheilungsprozesse bisher nur bei Hochtemperaturwerkstoffen untersucht

Im Schwerpunktprogramm 1568 der Deutschen Forschungsgemeinschaft wird seit 2011 versucht das Konzept der Selbstheilung bei verschiedenen Materialien zu untersuchen, wobei sich die bisherigen Forschungsansätze vor allem auf Polymere und Keramiken aufgrund ihrer relativ einfachen chemischen Prozesse und Reaktionen bei Raumtemperatur, konzentrierten. Selbstheilungsprozesse bei Metallen wurden bisher nur für Oberflächen oder Hochtemperaturwerkstoffe untersucht.

Grund hierfür ist, dass bei Oberflächen chemische Reaktionen unter anderem durch polymerische Beschichtungen relativ einfach erzielt werden können. Bei Hochtemperaturwerkstoffen werden Selbstheilungsprozesse aufgrund der hohen Temperaturen angestossen.

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