Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Metamaterialien: Zeitkristall bringt Licht in Schwung

  Von , ,

Forschende des KIT entwickeln erstmals zweidimensionalen photonischen Zeitkristall – Anwendung verspricht Fortschritte in der drahtlosen Kommunikation und bei Lasern

Photonische Zeitkristalle, deren Eigenschaften sich periodisch ändern, versprechen wesentliche Fortschritte in Mikrowellentechnik, Optik und Photonik. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun zusammen mit Partnern an der Aalto University und der Stanford University erstmals einen zweidimensionalen photonischen Zeitkristall hergestellt und wichtige Anwendungen demonstriert. Ihr Ansatz vereinfacht die Herstellung photonischer Zeitkristalle und kann die Effizienz künftiger Kommunikationssysteme verbessern.

Ein photonischer Zeitkristall in 2D kann Freiraum- und Oberflächenwellen verstärken. (Grafik: Dr. Xuchen Wang, KIT)

Ein photonischer Zeitkristall in 2D kann Freiraum- und Oberflächenwellen verstärken. (Grafik: Dr. Xuchen Wang, KIT)

Weiterlesen

Keramische Technologien und Werkstoffe als Schlüsselkomponenten für die Fertigung – Neues aus der Forschung

  Von , , ,
Bild 1: Direktgeschäumte keramische Bauteile aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicherPorosität.

Bild 1: Direktgeschäumte keramische Bauteile aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Porosität.

Die Aufgabe des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS ist es, neueste Entwicklungen auf dem Gebiet keramischer Werkstoffe und Technologien in marktfähige, international führende Produkte und Prozesse umzusetzen. Die Bandbreite reicht dabei von traditionellen Keramiken für Strukturanwendungen bis hin zu komplexen Mischsystemen in der Funktionskeramik oder Energietechnik.

Bauteile aus poröser Hochleistungskeramik stellen eine besondere Werkstoffgruppe dar. Die Erzeugung der Poren ist über unterschiedlichste Verfahren mit nahezu allen Werkstoffen möglich. Für den erfolgreichen Einsatz müssen die Fertigungstechnologien für den entsprechenden Markt angepasst werden. Die speziellen Eigenschaften der Keramik werden verstärkt in der Umwelt und Verfahrenstechnik eingesetzt. Oberflächenbehandlungen und Reinigungsverfahren profitieren ebenso von Innovationen wie Meßtechnik- und Überwachungsaufgaben. Das Potential wird nur von der Kreativität der Anwender begrenzt. Weiterlesen

Programmierbare Materialien: Formänderung auf Knopfdruck

  Von ,
© Fraunhofer ICTOben: Die Steifigkeit und Formänderung kann durch die Strukturierung einer Folie lokal eingestellt werden. Unten: Die Stapelung verschieden hoher Folien erlaubt die Erzeugung eines programmierbaren Materials.

© Fraunhofer ICT
Oben: Die Steifigkeit und Formänderung kann durch die Strukturierung einer Folie lokal eingestellt werden. Unten: Die Stapelung verschieden hoher Folien erlaubt die Erzeugung eines programmierbaren Materials.

Programmierbare Materialien sind wahre Formwandler. Auf Knopfdruck ändern sie kontrolliert und reversibel ihre Eigenschaften und passen sich selbstständig an neue Gegebenheiten an. Einsatzbereiche sind beispielsweise bequemes Sitzen oder Matratzen, die das Wundliegen verhindern. Dabei verformt sich die Unterlage so, dass die Auflagefläche groß ist und sich der Druck auf die Körperteile dadurch verringert. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM entwickeln solche programmierbaren Materialien und bringen sie gemeinsam mit Industriepartnern zur Marktreife. Ziel ist es unter anderem, den Einsatz von Ressourcen zu reduzieren. Weiterlesen

Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

  Von , ,
Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

© PowerON

TUD-Startup bringt Robotern das Fühlen bei

Die Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten in beispiellosem Tempo weiterentwickelt. Doch noch immer sind Roboter häufig unflexibel, schwerfällig und zu laut. Eine Ausgründung der TU Dresden, das Startup PowerON, will das ändern und hat sich zum Ziel gesetzt, die Barriere zwischen Mensch und Roboter aufzulösen. Fühlende Häute, künstliche Muskeln und künstliche Neuronen, auf flexible Werkstoffe gedruckt, sollen die nächste Generation der Robotik ermöglichen und neue Anwendungsfelder erschließen. „Wir sehen einen starken Trend hin zur Automatisierung in allen Industriebereichen und werden diesen auch sehr bald in unserem Alltag erleben“, sagt Dr. Markus Henke, Nachwuchsforschungsgruppenleiter am Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik der TU Dresden und CEO des Startups. Weiterlesen

Prüfung additiv gefertigter Schaumwerkstoffe

  Von , , ,
Prüfung additiv gefertigter Schaumwerkstoffe

Bildquelle: Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH

Additive Fertigungsverfahren bieten einen beeindruckenden Gestaltungsfreiraum. Basierend auf dreidimensionalen Daten werden dabei viele Lagen feinen Materials übereinandergeschichtet.

Anfangs in erster Linie im Bereich von Kunststoffen im Einsatz, gewinnt die additive Fertigung zunehmend auch in der Metallbranche an Bedeutung.

Mit den Universalprüfmaschinen der inspekt-Serie bietet Hegewald & Peschke optimal abgestimmte Prüfsysteme zur Prüfung additiv gefertigter Komponenten und Schaumwerkstoffe. Dabei können sowohl die Eigenschaften der Materialien als auch der Porenstrukturen der Schäume untersucht werden. Während für Kunststoffschäume eher Kleinlastprüfmaschinen im Bereich 5 oder 10 kN relevant sind, werden Metallschaumstrukturen in der Regel mit Prüfmaschinen bis zu einer Maximallast von 100 kN bzw. sogar 250 kN untersucht. Weiterlesen

Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

  Von , , ,
Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

Bildquelle: alimex GmbH

alimex realisiert Bauteile aus Aluminium in allen Geometrien und in höchsten Qualitätsstandards. Das Leichtmetall Aluminium gehört zu den gefragtesten Werkstoffen in der Konstruktion und der Verarbeitung. In immer mehr Anwendungsfeldern werden Aluminium-Bauteile eingesetzt: In Verpackungsmaschinen und Automatisierungsanlagen, Elektrotechnik, im Fahrzeug- und Flugzeugbau oder im Bereich der Hochvakuum-Anwendungen in der Solar- und Halbleiterindustrie. Die Gründe liegen auf der Hand: Aluminium hat ein geringes Gewicht bei hoher Stabilität, eine sehr gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie beste Recyclingeigenschaften. Hinzu kommen insbesondere im Gussplattenverfahren optimale Oberflächeneigenschaften, Dehngrenzen und Zerspanbarkeit. Die erweiterten Einsatzgebiete und immer spezifischere Konstruktionen erfordern zugleich höchste Präzision. Weiterlesen

Halbzeuge für faserverstärkte Kunststoffe

  Von , ,
Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Einsatz vor allem im Leichtbau

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bilden eine vielseitige Klasse der Konstruktionswerkstoffe, welche stetig an Bedeutung und Anwendungsgebieten hinzugewinnt. Hochleistungsfasern von hoher Festigkeit und Steifigkeit werden dabei in einer Matrix aus Kunststoff eingebettet. Sie tragen die mechanischen Lasten, welche auf das Bauteil einwirken. Die Kunststoffmatrix gibt dem Bauteil seine Form, indem sie Lasten zwischen den Fasern überträgt, und schützt die Fasern vor Umwelteinflüssen. Durch diese Kombination entsteht ein Werkstoff mit völlig neuen Eigenschaften.

Gängige Fasern sind Glas- sowie Carbonfasern, wobei auch diverse Polymerfasern (Aramid, PBO, UMHWPE…) und zunehmend auch Naturfasern (Flachs, Jute, Basalt…) zum Einsatz kommen.

Mit Schnittfasern verstärkte technische Kunststoffe wie Polyamid werden in großen Mengen, vor allem im Spritzguss, verarbeitet und kommen in viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs zur Anwendung. Mit Endlosfasern verstärkte Hochleistungskunststoffe bieten hingegen unübertroffene gewichtsspezifi-sche mechanische Eigenschaften (Abbil-
dung 1) und kommen daher in vielen Leichtbauanwendungen, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Rennsport, zum Einsatz. Weiterlesen

Living Materials

  Von , , ,

Dr. Britta Pinzger, Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl

An der Schnittstelle der klassischen Materialwissenschaften und der synthetischen Biologie ist in den letzten Jahren das Forschungsfeld der Living Materials (oder Engineered Living Materials = ELM) neu entstanden und in dieser Zeit bereits enorm gewachsen. Ziel ist es dabei, lebende Zellen als aktive Komponenten zu verwenden, um nicht lebender Materie lebensähnliche Fähigkeiten zu verleihen, z. B. sich zu vermehren, sich selbst zu heilen, sich an Umweltreize anzupassen oder komplexe Moleküle zu synthetisieren. Als lebende Komponente werden Bakterien, Hefen, Algen oder Säugetierzellen eingesetzt, die oftmals zuvor gentechnisch verändert wurden, während als nicht lebende Materialkomponente organische oder anorganische Polymere sowie Mineralien oder Metalle verwendet werden. Weiterlesen

Janus-Partikel

  Von , , ,

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Heike Brandt, Dr. Ramona Langner

Janus, der römische Gott des Anfangs und des Endes, und insbesondere seine Darstellung als vorwärts- und rückwärtsblickender Janus-Kopf gelten als Symbol der Zwiespältigkeit. Eben jener Name wurde daher vor etwas mehr als 30 Jahren für Partikel und Materialien gewählt, die in klar abgegrenzten Bereichen ihrer Oberfläche verschiedene und teils gegensätzliche physikalische oder chemische Eigenschaften aufweisen – in gewisser Weise also zwiespältig sind. So kann ein Janus-Partikel auf der einen Hälfte seiner Oberfläche wasserabweisend sein und auf der anderen wasserliebend. Alternativ wurden auch Janus-Partikel synthetisiert, die halbseitig z. B. unterschiedliche Farben, magnetische oder elektrische Eigenschaften oder andere Funktionalitäten aufweisen. Ihre Eigenschaften werden in jedem Fall durch ihre asymmetrische Struktur bestimmt. Die Form solcher Partikel reicht dabei von Kugeln und Hanteln bis hin zu Scheiben und Stäbchen. Im Fall von zweidimensionalem Schichtmaterial sowie Membranen kann sich die Janus-Struktur sowohl auf die Ober- und Unterseite als auch auf bestimmte Areale einer Seite des Materials beziehen. Die Partikel können sowohl aus Kunststoffen, Metallen oder Keramiken sowie als hybride Werkstoffstrukturen hergestellt werden. Weiterlesen

Ein Betrag zur Transformation in der Rohstoffwirtschaft aus dem Labor für nachhaltige und nützliche Innovation für eine globale Rohstoffwende

  Von , ,

Fünf schlechte Beispiele: 1) Partikel von Erdölplastik sind über die ganze Welt verteilt, 2) es gibt Plastikinseln im Ozean, 3) Mikroplastik wird am den Polen nachgewiesen, 4) tausende Bauteile aus Plastik finden sich in Geräten eines ganz normalen Haushalts und 5) in der Logistik des Einzelhandels werden bereits zweifach verpackte Lebensmittel mit Plastikfolie zu Großgebinden gepackt.

Eine Frage: Ist eine konservative, unverstellte, gar neutrale Sichtweise auf eine Welt ohne Plastik möglich?

Eine Herangehensweise:„Plastikfrei ohne Augenbinde“ bedeutet im Mikro Think Tank vom Labor für nachhaltige und nützliche Innovationen den skalierten, multidimensionalen und transdisziplinären Blick auf Zustände und Umstände.

Ein Slogan: Mit „plastikfrei“ zu nachhaltigen Lösungen für wirksame Maßnahmen der konkreten Umsetzung von biogilen Kunststoffen beitragen!

Die visionäre Betrachtung greift, von Rohstoffen her, verschiedene Facetten auf und denkt dabei über Produkte hinaus, um eine Transformation durch taten von morgen für eine nachhaltige Zukunft anzuregen. Weiterlesen