Ultrakurzpulslaser zur Materialbearbeitung

Dr. David Offenberg, Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke

Der Laser ist seit Jahren ein etabliertes Werkzeug zur Materialbearbeitung in der industriellen Fertigung und in medizinischen Anwendungen. Bei kontinuierlich emittierenden Lasern und gepulsten Lasern mit Pulsdauern im Mikro- bis Nanosekundenbereich beruht der Materialabtrag in der Regel auf einer starken Erwärmung des absorbierenden Materials, das erst schmilzt und schließlich verdampft. Bei Ultrakurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von Pikosekunden bis Femtosekunden hingegen erfolgt bei ausreichender Fokussierung ein direkter Phasenübergang des Materials ins Gasförmige. Dadurch bleiben Materialaufschmelzung, Gefügeveränderungen, Phasenumwandlungen und thermische Spannungen im Werkstück auf einen Bereich von wenigen Nanometern begrenzt. So sind Ultrakurzpulslaser nicht nur ein Schlüssel zur Ultrapräzisionsbearbeitung, sondern sie bieten auch völlig neue Möglichkeiten bei der Bearbeitung temperaturempfindlicher Materialien wie z.B. Polymere, metallische Gläser oder menschliches Gewebe. Weiterlesen

Magnetische Kühlung

Dr. Ramona Langner, Jürgen Kohlhoff, Stefan Reschke

Ein großer Teil der Energiekosten moderner Haushalte, aber auch industrieller Anwendungen, resultiert aus dem hohen Energieverbrauch konventioneller Kühlsysteme, die auf Basis der Kompression von Gasen arbeiten. Eine weitere Effizienzsteigerung ist in diesen Systemen nur noch schwierig zu bewerkstelligen, so dass alternative Kühlmöglichkeiten erforscht werden, die eine erhebliche Reduzierung der benötigten Energie erwarten lassen. Eine besonders vielversprechende Technologie in diesem Zusammenhang ist die der Magnetischen Kühlung, die bis heute vor allem für Forschungszwecke in der Tieftemperaturphysik eingesetzt wird. Weiterlesen

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