Darstellung der Synthesetechnik, die von der Fellow-Gruppe eingesetzt wird (rechts), sowie von der dreidimensionalen chemischen Analyse eines solchen Materials aus gemeinsamen Vorarbeiten mit dem MPIE.
Phys. Rev. Lett. 113, 069903 (2014)
Schwachstellen oder Defekte in Werkstoffen sind oft von außen kaum zu erkennen und können unerkannt den Ausfall von Komponenten oder Anlagen verursachen. Forscher entwickeln nun Materialien, die selbsttätig Fehler berichten.
Durch ein enges Zusammenspiel theoretischer und experimenteller Ansätze entwickeln Forscher am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf sogenannte Self Reporting Materials, also „kommunizierende“ Materialien, die das Spektrum der Smart Materials um eine weitere Attraktion erweitern. Geleitet wird die neue Arbeitsgruppe von Jochen M. Schneider, der auch den Lehrstuhl für Werkstoffchemie der RWTH Aachen innehat.
Solche Werkstoffe melden Schäden oder Einschränkungen ihrer Leistungsfähigkeit durch Änderungen ihrer Eigenschaften, wie die Forscher berichten. Diese Eigenschaftsänderungen werden durch Änderungen der chemischen Zusammensetzung auf atomarer Ebene und/oder Strukturänderungen hervorgerufen. Gleichzeitig können sie während des Betriebs in ingenieurtechnischen Anwendungen gemessen werden und erlauben somit eine Schadensbeurteilung und -kontrolle der Bauteile bereits während ihres Einsatzes.
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In einem ersten Schritt will die Arbeitsgruppe Werkstoffe mit einer bestimmten Ladungsdichteverteilung herstellen und ihre elastischen und plastischen Eigenschaften sowie ihre chemische und thermische Stabilität untersuchen. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen und weiterer quantenmechanischer Berechnungen werden durch Substitution und Addition von Elementen „kommunizierende“ Werkstoffe entwickelt. Als Quintessenz, so die Forscher, würde die Realisierung ihres Konzeptes eine Fortführung des Industrie-4.0-Gedankens auf der atomaren Ebene ermöglichen.