Kategorie: Werkstoffe und Materialien

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

Dünnster optischer Diffusor für neue Anwendungen

  Von , ,

Die Miniaturisierung von optischen Komponenten ist eine Herausforderung in der Photonik. Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, einen Diffusor – eine optische Streuscheibe – auf der Basis von Silizium-Nanopartikeln zu entwickeln. Damit können sie Richtung, Farbe und Polarisation von Licht gezielt steuern. Anwendungen kann die neuartige Technologie etwa in transparenten Bildschirmen oder in der Augmented Reality finden.

Die Streuzentren – Silizium-Nanopartikel, hier als schwarze Scheiben dargestellt – auf dem transparenten Substrat streuen (einstellbar) bestimmte Farben von Licht; andere Wellenlängen werden nicht beeinflusst. (Grafik: Dennis Arslan, Universität Jena)

Die Streuzentren – Silizium-Nanopartikel, hier als schwarze Scheiben dargestellt – auf dem transparenten Substrat streuen (einstellbar) bestimmte Farben von Licht; andere Wellenlängen werden nicht beeinflusst. (Grafik: Dennis Arslan, Universität Jena)

Weiterlesen

Flammgeschützte Compounds für das Thermomanagement

  Von ,

Wärmeleitfähige Kunststoffe können insbesondere im Hinblick auf steigende Werkstoffanforderungen im Bereich Automobil-, E&E, Haushaltsgeräte- und Medizinindustrie eine wirtschaftliche Alternative bieten. Dabei sind häufig erhöhte Leistungsdichten und Datenübertragungen in Elektronikkomponenten auf engstem Raum Treiber für ein gutes Thermomanagement. Thermoplastische Kunststoffe ermöglichen die Ableitung von Wärmeströmen durch gezielte Additivierung in Form von wärmeleitfähigen Füllstoffen. Der Vorteil der wärmeleitfähigen Kunststoffe gegenüber metallischen Werkstoffen liegt insbesondere in der Wärmeleitfähigkeit bei dennoch erhaltener elektrischer Isolation. Zudem unterliegen thermoplastische Kunststoffe in diesem Kontext heute strengen Flammschutzklassifizierungen, da Elektroniken durch leistungsfähigere Prozessoren bei gleichzeitiger Miniaturisierung zur Energieverdichtung, lokalen Erhitzungen und erhöhten Brandrisiken führen können. Somit müssen auch leitfähige Kunststoffe höchste Brandschutzanforderungen bei gleichzeitiger Umweltverträglichkeit (halogenfrei) erfüllen. Darüber hinaus muss ein technisches Compound für Gehäusenanwendungen auch die erforderlichen mechanischen Eigenschaften wie die erforderliche Zähigkeit und Dehnung ermöglichen. Die Compoundierung, spritzgießtechnische Verarbeitung und Prüfung derartiger Materialien unter Berücksichtigung der genannten Attribute war unter anderem Aufgabe eines Firmenverbundprojekts, das vom Kunststoff-Institut Lüdenscheid im Jahr 2019 ins Leben gerufen wurde. An diesem Verbundprojekt waren 11 Firmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette beteiligt. Weiterlesen

Kostengünstige keramische Faserverbundwerkstoffe (Low-Cost-CMC) für mittlere Anwendungstemperaturen

  Von , ,

Eine Möglichkeit zur Kostenreduzierung von keramischen Faserverbundwerkstoffen (CMC) bietet die Verwendung kostengünstiger Basalt- oder Glasfasern anstelle von Keramikfasern – in Kombination mit bei niedrigen Prozesstemperaturen ausgehärteten oder gesinterten Matrices. Anders als herkömmliche CMC, die üb­licherweise bei Temperaturen über  1000 °C eingesetzt werden können, sind diese Low-Cost-CMC für den Einsatz  bei mittleren Temperaturen zwischen 300 °C und 800 °C ausgelegt. Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über das Thema und beleuchtet einige damit verbundene Aktivitäten des Fraunhofer-Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau HTL.

Einleitung

CMC besitzen eine hohe mechanische Festigkeit, Bruchzähigkeit, chemische Beständigkeit und eine geringe Dichte, sodass sie sich ideal als Leichtbauwerkstoff in rauer Umgebung eignen. Im Vergleich zu monolithischen Keramiken liegt der Hauptvorteil von CMC in der hohen Dehnung bei mechanischer Beanspruchung, was zu einem schadenstoleranten Verhalten führt. CMC werden durch Einbettung von keramischen Verstärkungsfasern in eine keramische Matrix hergestellt. Üblicherweise werden entweder nicht-oxidische Keramikfasern aus SiC oder Kohlenstofffasern in Kombination mit einer nicht-oxidischen Matrix verwendet, oder oxidische Keramikfasern werden in eine oxidkeramische Matrix eingebettet. Die entsprechenden CMC werden als nicht-oxidisch bzw. oxidisch bezeichnet. Weiterlesen

Ein innovativer und leistungsstarker Verbundwerkstoff:

  Von , ,
Dr. Sebastian Kirmse, Dr.-Ing. in Systems Engineering, Senior Consultant im Bereich R&D Transformation bei MHP (Quelle: MHP)

Dr. Sebastian Kirmse, Dr.-Ing. in Systems Engineering, Senior Consultant im Bereich R&D Transformation
bei MHP (Quelle: MHP)

Z-Threaded Carbon Fiber Reinforced Polymer (ZT-CFRP)

Leichtere, leistungsfähigere und multifunktionale Werkstoffe sind mittlerweile in allen Branchen gefragt. Der innovative Verbundwerkstoff ZT-CFRP, der von einer Forschungsgruppe der University of South Alabama entwickelt wurde, kann die Nachteile herkömmlicher kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFRP) überwinden und neue Möglichkeiten in der Produktion bieten. Mithilfe von MHP soll ZT-CFRP nun marktfähig gemacht werden.

Es ist nichts Neues, dass Automobil- und Flugzeughersteller schon seit vielen Jahren den Leichtbau forcieren, um kraftstoffsparende Vehikel auf den Markt zu bringen. Dabei sollen Materialien zum Einsatz kommen, die nicht nur leicht, sondern zugleich robust sind und den Insassen damit Sicherheit bieten. Wenn sich die Materialien dann noch sehr effizient herstellen lassen ist das der Idealfall. Weiterlesen

Material für künftige Quantencomputer

  Von , , ,
Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop Copyright: Forschungszentrum Jülich / Vasily Cherepanov

Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Vasily Cherepanov

Physikern des Forschungszentrums Jülich ist ein wichtiger Schritt hin zur Realisierung neuartiger elektronischer Bauelemente geglückt. Sie konnten mithilfe eines speziellen Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops erstmals die außergewöhnlichen elektrischen Eigenschaften messen, die in ultra-dünnen topologischen Isolatoren bestehen. Diese resultieren daraus, dass der Elektronen-Spin an die Stromrichtung gekoppelt ist, was eine Voraussetzung für den Einsatz in einem topologischen Quantencomputer ist. Weiterlesen

Von Medizintechnik bis zum Sportartikel – biokompatible und nachhaltige Kunststoffe

  Von , ,
© Fraunhofer IAP Schläuche für die Medizintechnik sind eines von vielzähligen Anwendungsgebieten für Polyurethane. Fraunhofer-Forschende stellten diesen Kunststoff nun ohne toxische Isocyanate und gleichzeitig nachhaltig auf Basis von Kohlenstoffdioxid her.

© Fraunhofer IAP
Schläuche für die Medizintechnik sind eines von vielzähligen Anwendungsgebieten für Polyurethane. Fraunhofer-Forschende stellten diesen Kunststoff nun ohne toxische Isocyanate und gleichzeitig nachhaltig auf Basis von Kohlenstoffdioxid her.

Zahlreiche Kunststoffprodukte bestehen aus Polyurethanen. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben eine Herstellungsweise für Polyurethane entwickelt, die auf toxische Isocyanate verzichtet und gleichzeitig Kohlenstoffdioxid als Ausgangsmaterial nutzt. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt Fraunhofer Polyurethane mit konstanter, reproduzierbarer Qualität. Weiterlesen

Die neue Generation Blähgraphit & Leitfähigkeitsgraphit für Polyamide und technische Kunststoffe – jetzt auch als individuelle Compounds

  Von ,

Egal ob Blähgraphit als Flammschutzadditiv oder Spezialgraphite für Leitfähigkeitsanwendungen, Graphite der Firma LUH werden seit vielen Jahren in verschiedensten Anwendungen erfolgreich eingesetzt. Bisher waren die Graphite nur in Pulverform verfügbar. Jetzt bietet die Firma LUH ihre bewährten Spezialgraphite auch als hochgefüllte Kunststoff-Compounds oder Masterbatches an. Weiterlesen

Kunststoffplatten für Hygienestandard HACCP und Lebensmittelsicherheit

  Von , ,
Als Wand- und Deckenverkleidung sorgen LAMILUX Composites in den Bereichen der Lebensmittelverarbeitung und -lagerung in sogenannten „Splash or Spill Zones“ für besondere Lebensmittelsicherheit.

Als Wand- und Deckenverkleidung sorgen LAMILUX Composites in den Bereichen der Lebensmittelverarbeitung und -lagerung in sogenannten „Splash or Spill Zones“ für besondere Lebensmittelsicherheit.

Lebensmittel aller Art legen auf Ihrem Weg zum Endkonsumenten einen langen Weg zurück. Dabei zählt vor allem eines: Risiken der Lebensmittelkontamination zu vermeiden. Dabei unterstützen HACCP zertifizierte Oberflächen, wie die faserverstärkten Kunststoffe (GFK) von LAMILUX Composites. HACCP International zertifiziert LAMILUX nun die leicht zu reinigenden, hygienischen und stabilen GFK-Produkte. Als Wand- und Deckenverkleidung in den Bereichen der Lebensmittelverarbeitung und -lagerung sorgen diese in sogenannten „Splash or Spill Zones“ für Lebensmittelsicherheit. Weiterlesen

Nichtbrennbare, faserverstärkte Kompositbauteile auf Basis kalthärtender, anorganischer Matrixsysteme – ausgewählte Ergebnisse aus dem Projekt AnorKomp

  Von , ,
Einleitung

Im Zuge der globalen Klimakrise rückt das Thema Leichtbau in allen Bereichen des Transportwesens zunehmend in den Fokus. Dies gilt auch für den Schiffbau, der heutzutage noch überwiegend auf dem Einsatz von Stahl basiert. Im Vergleich zu diesem Material besitzen Faserverbundwerkstoffe (FVW) aufgrund ihrer sehr guten spezifischen mechanischen Eigenschaften ein hohes Leichtbaupotenzial. Aus diesem Grund bietet ihr Einsatz die Möglichkeit zur Einsparung von Kraftstoff und damit zur Verringerung von CO2-Emissionen. FVW zeichnen sich darüber hinaus im Vergleich zu Stahl durch weitere Vorteile wie große Gestaltungsfreiheit, hohen Korrosionswiderstand sowie gute thermische und akustische Dämmung aus. Im Sport- und Freizeitbereich bestehen Boote deshalb zu großen Teilen aus Verbundwerkstoffen. Im kommerziellen Schiffbau ist der Einsatz von FVW allerdings sehr problematisch. Weiterlesen

Durchbruch in der Magnonik? Neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt

  Von , ,

Jülicher Forscher haben gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland, Frankreich und China eine neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt, die großes Potential für neuartige technische Anwendungen bietet. Für die Entdeckung synthetisierte und charakterisierte das 17-köpfige Team mit viel Arbeitsaufwand so genannte zweidimensionale Materialien, die einmal verschiedenste Funktionen in atomar dünnen Schaltkreisen übernehmen könnten, die auf der Zukunftstechnologie Magnonik basieren. Noch handelt es sich um Grundlagenforschung, die zukünftig jedoch die gezielte Entwicklung verwandter Materialien mit verschiedensten nutzbaren Eigenschaften vereinfachen soll. Im Erfolgsfall könnten Magnonik-Bausteine in die Halbleiter-Technologie integriert werden und geringeren Energieverbrauch und neue Funktionen ermöglichen.

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind. Copyright: Forschungszentrum Jülich

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Weiterlesen