Fertigung von mechanischen Metamaterialien mittels Dip-in Laserlithographie

Einleitung

Metamaterialien werden aus gewöhnlichen Werkstoffen wie Metalle oder Polymere hergestellt, bieten jedoch gänzlich neue Möglichkeiten die elastische oder elektromagnetische Wellenausbreitung zu beeinflussen. Das Erfolgsrezept ist die künstliche Anordnung der Grundwerkstoffe in funktionelle Baugruppen, die auf sub-Wellenlängenskala zu effektiven  Materialien zusammengesetzt werden. Weiterlesen

Haften auf rauen Oberflächen

Quelle: Uwe Bellhäuser

Quelle: Uwe Bellhäuser

Die kleinen gelben Haftnotiz-Zettel sind gängige Begleiter im Büroalltag; sie kleben besonders gut auf glatten Oberlächen wie Fenstern, Spiegeln oder Bildschirmen.

Geckos, Insekten und Spinnen können es noch besser: sie kleben und laufen an Wänden und Decken. Härchen an ihren Füßen lassen die Tiere nicht nur auf Glas und glatten Flächen kopfüber „kleben“. Weil die Härchen sich immer feiner verzweigen, gehen Geckos auch auf Raufaser die Wand hoch. Am INM-Leibniz-Institut für Neue Materialien bilden die Wissenschaftler nun solche „hierarchischen“ Strukturen künstlich nach. Sie wollen damit das Haften speziell auf rauen Oberß ächen weiter untersuchen. Weiterlesen

Bleifreie piezoelektrische Keramiken

Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke, Dr. Matthias Grüne

Piezoelektrische Keramiken zeichnen sich durch ihre technisch hochinteressante Kopplung zwischen elektrischen und mechanischen Größen aus. Auf Druck reagieren sie mit dem Aufbau einer elektrischen Spannung bis in den Bereich von 10 kV, mit dem Anlegen einer elektrischen Spannung zeigen sie eine mechanische Auslenkung im Bereich weniger Promille. Dabei entwickeln sie technisch nutzbare Kräfte. Sie haben sich in den letzten15 Jahren zu einem kommerziell sehr erfolgreichen Nischenwerkstoff entwickelt. Ihre Haupteinsatzgebiete liegen in Aktorik, Sensorik und Signalwandlung. Dabei reicht das Anwendungsspektrum von nanometergenauen Präzisionsstellmotoren und efÞ zienten Hochdruckeinspritzsystemen für Kraftstoffe über ultrapräzise und -empfindliche Drucksensoren, alternative Energiegewinnung oder aktive Schwingungsdämpfung bis hin zu Frequenzfiltern oder Schallwandlern z.B. im Bereich Unterhaltungs- und Kommunikationselektronik oder in der medizinischen Bildgebung. Weiterlesen

Flüssigkristalline Elastomere

Stefan Reschke, Dr. Matthias Grüne, Jürgen Kohlhoff

Unter dem Begriff ß üssigkristalline Elastomere (Liquid Crystalline Elastomers, LCEs) versteht man eine recht junge Werkstoffklasse, die vielfältige technische Anwendungen als Funktionswerkstoff für Aktoren und Sensoren erwarten lässt und für einige bereits intensiv untersucht wird. Dabei reicht ihr derzeitig voraussehbares Anwendungsspektrum von mikromechanischen Systemen über künstliche Muskeln und andere Antriebssysteme bis hin zu weichen Kontaktlinsen oder intelligenten aktiven Oberß ächen. Von besonderem Interesse sind LCEs, die ihre Form durch die Einwirkung einer Temperaturänderung, eines elektrischen Feldes oder von Licht als  Steuersignal reversibel ändern und damit einen technisch nutzbaren Formgedächtniseffekt zeigen können. Weiterlesen

Eisenbasierte Hochtemperatursupraleiter

Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke, Dr. Matthias Grüne

Unter Supraleitung versteht man das physikalische Phänomen, dass bestimmte Materialien unterhalb einer für sie typischen Temperatur (so genannte Sprungtemperatur oder auch kritische Temperatur) ihren elektrischen Widerstand vollständig verlieren und ideale Leiter werden. Ab Ende der 1980er Jahre kam es zu einem regelrechten Hype um die damals entdeckten Hochtemperatursupraleiter (HTSL) auf Kupferoxidbasis. Die anfängliche Euphorie mit der Aussicht auf Materialien mit immer höheren Sprungtemperaturen ist inzwischen einer gewissen Ernüchterung gewichen. Weiterlesen

Schichtsilikat-Polymer-Nanokomposite

Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Dr. Matthias Grüne, Stefan Reschke

Werkstoffe auf Kunststoffbasis sind günstig, leicht herzustellen und bieten eine große Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten. Häufig ist es jedoch nötig, solche Kunststoffe durch Zugabe geeigneter Additive in ihren mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften deutlich zu verbessern. Schichtsilikate werden schon seit längerem als Füllstoffe in der Kunststoffindustrie eingesetzt, doch bieten sich durch die Verwendung von nanoskaligen Schichtsilikaten in den letzten Jahren neue Anwendungsmöglichkeiten. Die mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit lassen sich enorm verbessern, während gleichzeitig das spezifische Gewicht niedrig bleibt. Weiterlesen

Recycling erdölbasierter Kunststoffe

Stefan Reschke, Jürgen Kohlhoff, Dr. Matthias Grüne

Kunststoffprodukte haben häufig einen nur sehr kurzen Lebens- bzw. Gebrauchszyklus und werden danach z.T. endgültig entsorgt, z.T. wiederverwertet und nur in den seltensten Fällen erneut verwendet. Bei einer weltweiten Jahresproduktion von ca. 300 Millionen Tonnen, von der geschätzt über 60% in Mülldeponien wandert bzw. illegal entsorgt wird, erscheint dies alleine schon aus wirtschaftlichen Gründen kritisch. Im Sinne des Umweltschutzes, der Ressourcenschonung und zunehmend auch aus Besorgnis über die immer besser verstandene massive Beeinträchtigung von Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit höherer Lebewesen durch einzelne chemische Komponenten kommerzieller Kunststoffprodukte ist es daher weltweit von steigendem Interesse, benutzte Produkte aufzubereiten und erneut dem Stoffkreislauf zuzuführen. Derzeit entstehen beim Kunststoffrecycling überwiegend minderwertigere Produkte (sog. Downcycling), deren Wertstoffe in Folge meist nicht wieder als solche recycelt werden können. Weiterlesen