Forscher entwickeln festes Material mit beweglichen Partikeln, die auf äußere Einflüsse reagieren

In den meisten Materialien bewegt sich wenig. Aber in einem neuen „aktiven Nanokomposit“ wimmelt es gewaltig: Kleine Partikel verbinden sich oder trennen sich und ändern damit die Farbe des ganzen Materials. Es stammt von Forschern des Leibniz – Institut für Neue Materialien in Saarbrücken, die Materialien so mehr Dynamik verleihen wollen. Dank der beweglichen Komponenten kann das transparente Material auf Temperaturveränderungen und zukünftig auch auf andere äußere Einflüsse, wie chemische Substanzen und Gifte, durch einen Farbwechsel „antworten“. Deshalb arbeiten die Forscher in absehbarer Zeit zum Beispiel daran, Folienverpackungen zu entwickeln, die ihre Farbe verändern, wenn Lebensmittel verdorben sind.

Bewegliche Partikel in eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien: Bei höherer Temperatur (links) bewegen sie sich einzeln in den Tropfen und geben dem festen Material eine rubinrote Farbe; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sich zusammen und verändern die Farbe zu Grau-Violett. Quelle: INM

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Faden-Kunst aus Roboterhand

Copyright: TU Wien

Als „String Art“ bezeichnet man Bilder aus kunstvoll gespannten Fäden. Was bisher Erfahrung und eine ruhige Hand benötigte, gelingt an der TU Wien nun mit einem Roboter – ein Beispiel, welch komplexe Aufgaben digitale Fabrikation mittlerweile lösen kann.

Die Grundidee ist einfach: Auf einem Brett befinden sich Nägel, und zwischen ihnen soll ein langer Faden so hin und her gespannt werden, dass er ein bestimmtes Bild ergibt. Recht einfach lassen sich so interessante geometrische Muster produzieren. Den wahren Profis gelingt es sogar, durch eine ausgeklügelte Anordnung der Fadenlinien ein Portrait zu erstellen.

An der TU Wien hat man diese Kunstform nun automatisiert: Beliebige Bilder können verwendet werden, der Computer berechnet den optimalen Faden-Weg, der das gewünschte Bild möglichst exakt wiedergibt. Ein Industrie-Roboter übernimmt dann die Arbeit des Fadenspannens und erzeugt ein kreisrundes Fadenbild. Weiterlesen

Untersuchung des Einsatzes von Zementbeton für Strukturbauteile in Werkzeugmaschinen

Abstract

Bild 1: Simulationsmodell der Demonstratormaschine DemoBAZ

Auch heutzutage werden die Strukturkomponenten von Werkzeugmaschinen noch überwiegend aus Stahl oder Gusseisen hergestellt. Daneben wird jedoch auch angestrebt, alternative Werkstoffe einzusetzen. Auf diese Weise soll Potential zur Reduktion von Kosten erschlossen und eine Verbesserung des dynamischen Maschinenverhaltens erzielt werden. Zementgebundener Beton ist hierbei vor allem aufgrund seiner hohen Materialdämpfung und geringen Materialkosten eine interessante Alternative zu herkömmlichen Werkstoffen. In einem aktuellen Forschungsprojekt werden daher Untersuchungen durchgeführt, um die Rahmenbedingungen für einen zielgerichteten Einsatz von Zementbeton in Werkzeugmaschinen zu untersuchen. Die geplanten Arbeiten sowie erste Ergebnisse der aktuell begonnenen zweiten Projektphase werden in diesem Artikel dargestellt. Weiterlesen

Materialforschung für energieeffiziente magnetische Kühlung

Am Kalte-Neutronen-Dreiachsenspektrometer IN12, das das Jülich Centre for Neutron Science gemeinsam mit dem französischen Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) am Institut Laue-Langevin betreibt sowie an zwei weiteren Neutronenstreugeräten untersuchten die Forscher den Zusammenhang zwischen Spindynamik und der Entstehung des inversen magnetokalorischen Effekts in Mn5Si3.
Copyright: ILL

Ein deutsch-französisches Forscherteam um den Jülicher Physiker Nikolaos Biniskos hat mit Hilfe von Neutronenuntersuchungen neue Einblicke in den inversen magnetokalorischen Effekt gewonnen. Die Erkenntnisse könnten bei der Suche nach geeigneten magnetokalorischen Materialien für energieeffiziente Heiz- und Kühlsysteme helfen.

Magnetokalorische Materialien erwärmen sich, wenn sie in ein Magnetfeld eintreten, und kühlen sich wieder ab, wenn sie es verlassen. Das Phänomen lässt sich für energieeffiziente, umweltfreundliche und leise Heiz- und Kühlzwecke ausnutzen, hat jedoch noch keine breite Verwendung gefunden, da die Materialien für den Massenmarkt bisher zu teuer sind. Seit mehr als 100 Jahren ist der Effekt bekannt: Das Magnetfeld sorgt dafür, dass sich die magnetischen Momente im Material ausrichten. Sinkt die magnetische Unordnung, also die magnetische Entropie, steigt die Gitterentropie und das Material erwärmt sich. Wird das Magnetfeld entfernt, steigt die magnetische Entropie und das Material kann der Umgebung Wärme entziehen. Weiterlesen

Sensoraufkleber verwandeln menschlichen Körper in Multi-Touch-Oberfläche

Sie ähneln hauchdünnen Pflastern, ihre Form ist frei wählbar und sie funktionieren an jeder Körperstelle. Mit solchen Sensoren auf der Haut lassen sich mobile Geräte wie Smartphone und Smartwatches intuitiver und diskreter bedienen als das bisher der Fall war. Informatiker an der Universität des Saarlandes haben nun Sensoren entwickelt, die sogar Laien mit etwas Aufwand herstellen können. Das Besondere: Die Sensoren erlauben es erstmals, Berührungen auf dem Körper sehr genau und von gleich mehreren Fingern zu erfassen. Ihre Prototypen haben die Forscher erfolgreich in vier unterschiedlichen Anwendungen getestet. Weiterlesen

Materialforscher entwickeln neue Klasse metallischer Gläser

Drei junge Forscher der Universität des Saarlandes haben eine neue Klasse so genannter amorpher Metalle entwickelt. Da diese Legierungen, auch metallische Gläser genannt, ganz andere Eigenschaften als ihre Ausgangsmaterialien haben, eignen sie sich hervorragend beispielsweise für Leichtbauteile in Luft- und Raumfahrt. Die Forscher des Lehrstuhls für Metallische Werkstoffe konnten in jahrelanger Arbeit eine Legierung aus Titan und Schwefel erzeugen, die sehr leicht ist und gleichzeitig eine hohe Festigkeit besitzt.

Materialforschung ähnelt einem Puzzle aus tausenden Teilen: Wenn man nicht das richtige Teil findet, mit dem man anfangen kann, stochert man mehr im Dunkeln als dass man ein zusammenhängendes Bild hinbekommt. Auf der Suche nach diesem Puzzleteil waren auch Alexander Kuball, Benedikt Bochtler und Oliver Gross. Die Doktoranden am Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe von Professor Ralf Busch haben nun in Zusammenarbeit mit dem Technologiekonzern Heraeus nach hunderten Versuchen und mehreren Jahren Forschung Legierungen entwickelt, die eine sehr hohe Festigkeit besitzen und gleichzeitig sehr leicht sind. Weiterlesen

Einfache organische Moleküle bilden komplexe Materialien durch Selbstorganisation

Das neue Verfahren bildet aus einfachen organischen Molekülen eine komplexe, halbreguläre 3.4.6.4 Parkettierung. (Bild: Klappenberger und Zhang / TUM)

Ein internationales Forscherteam unter Führung der Technischen Universität München (TUM) hat einen Reaktionsweg entdeckt, der exotische Schichten mit halbregulärer Struktur erzeugt. Solche Materialien sind interessant, weil sie häufig außerordentliche Eigenschaften besitzen. Bei dem Verfahren verbinden sich einfachere organische Moleküle zu größeren Bausteinen, die dann komplexe, halbreguläre Muster erzeugen. Weiterlesen

Ein Schritt in die Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen

© Foto Fraunhofer IFAM
Lignin ist eine echte Alternative zu fossilen Rohstoffen bei der Herstellung von Grundierungen oder Klebstoffen.

Die Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen wird wohl nicht durch die eine große Entdeckung geschehen, sondern sich schrittweise vollziehen. Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen ist es gelungen, einen weiteren Schritt in diese Richtung zugehen. Auf Basis von Lignin, das zum Beispiel aus Pflanzenresten gewonnen werden kann, stellen die Wissenschaftler eine Grundierung für Lacke her, die ohne petrochemische Rohstoffe auskommt und dadurch eine deutlich verbesserte CO2-Bilanz aufweist. Weiterlesen

Biofilme als Bauarbeiter

Rotalgen bewegen sich zum Licht hin und scheiden dabei Ketten aus Zuckermolekülen aus. Durch zeitlich veränderliche Lichtmuster gewinnen die Forscher und Forscherinnen aus diesen langen, feinen Polymerfäden maßgeschneiderte Schablonen, die sie für Funktionskeramiken verwenden. (Foto: v. Opdenbosch/TUM)

Wegen möglicher Gefahren für Mensch oder Material werden Biofilme meist als Problem bekämpft. Doch verfügen diese Gemeinschaften von Algen, Pilzen oder Bakterien über wissenschaftlich und technisch interessante Eigenschaften. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) beschreibt Verfahren aus der Biologie, die Biofilme als Bauarbeiter von Strukturschablonen für neue Werkstoffe einsetzen, welche die Eigenschaften natürlicher Materialien besitzen. Dies war bislang nur eingeschränkt möglich.

Ob Holz, Knochen, Perlmutt, oder Zähne – über Jahrmillionen sind solche Materialien durch die Evolution nach dem Prinzip angepasster Stabilität bei möglichst geringem Gewicht optimiert worden. Für viele technologische Entwicklungen lieferte die Natur die Blaupause. Beispiele dafür sind Flugzeugflügel, der Klettverschluss oder die Oberflächenversiegelung per Lotuseffekt. Doch erreichen die Nachbauten nicht die strukturelle Komplexität des natürlichen Originals. Weiterlesen

Chrom-VI-freies Verfahren zum Galvanisieren von ABS-Oberflächen

Nicht-toxische, umweltfreundliche und gut überführbare Alternative zu konventionellen Verfahren erfolgreich im Labormaßstab erprobt

Wissenschaftler um Dr. Dieter Lehmann aus dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) haben ein Verfahren zum Galvanisieren von ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)-Kunststoffen entwickelt, das auf den Einsatz von Chromschwefelsäure, d.h. auf gefährliche Chrom-VI-Verbindungen, verzichtet und auch keine anderen Beizverfahren nötig macht. Das im Labormaßstab erfolgreich getestete und zum Patent angemeldete Verfahren ist somit eine umweltfreundliche Alternative zum etablierten galvanischen Beschichtungsverfahren und lässt sich relativ leicht in existierende Produktionslinien integrieren. Weiterlesen