Die Abteilung “Prozessierung von Funktionsmaterialien” fokussiert sich auf die Erforschung von Selbstassemblierungs- und 3D-Druckverfahren zur Herstellung komplexer, hybrider und lokal anisotroper Materialien. Unter anderem, sind die selbstassemblierende Strukturen mit Hilfe von Dealloying-Verfahren wie Liquid Metal Dealloying synthetisiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf die Entwicklung von Geräten auf Basis von 3D-Hybridmaterialien mit außergewöhnlichen physikalischen und/oder elektrochemischen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in der Energieerzeugung und -speicherung, dem Leichtbau und der Medizintechnik dienen.
Projekte der Prozessierung von Funktionsmaterialien
Hierarchische Metall-Metall-Verbundwerkstoffe, die das elastische Verhalten menschlicher Knochen nachahmen
Die enge Übereinstimmung zwischen den elastischen Eigenschaften eines metallischen Implantats und dem kompakten Knochen ist entscheidend, um den Effekt des Stress Shielding zu vermeiden. Daher sind Biomaterialien mit niedrigem Elastizitätsmodul für biomedizinische Implantate wünschenswert, da sie eine schnelle Heilung von Hartgewebe fördern.
In dieser Arbeit wurden neuartige hierarchische (mehrstufige) ZrTi-Mg Metall-Metall-Verbundwerkstoffe entwickelt, die die herkömmliche Korrelation zwischen Festigkeit und Elastizitätsmodul durchbrechen. Diese wurden mittels Laserstrahlschmelzen (L-PBF) und flüssigmetallischer Entmischung (LMD) synthetisiert. Die große künstliche Porosität (~300 μm) des metallischen Gerüsts wurde durch L-PBF erzeugt, während die feine Porosität (~10 μm) aus der Selbstorganisation der Materialien durch LMD resultierte. Die Ergebnisse zeigen, dass die hierarchische Architektur künstlicher Materialien deren Eigenschaften erheblich beeinflusst. Das erhaltene durchschnittliche Elastizitätsmodul beträgt 4 GPa, was um eine Größenordnung niedriger ist als bei massiven Materialien mit ähnlicher Zusammensetzung (65 GPa) (s. Bild). Der erste Prototyp einer biomedizinischen distalen Radiusverriegelungsplatte wurde erfolgreich hergestellt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese neuartigen Verbundwerkstoffe, die sowohl die Struktur als auch das mechanische Verhalten von Knochen nachahmen, vielversprechende Kandidaten für biomedizinische Anwendungen sind.
Kooperation: Universität Bremen, International Collaboration Center, Institute for Materials Research (ICC-IMR), (Tohoku University, Sendai, Japan)
Förderung: BMBF im Rahmen des LikeABone-Projekts 13XP5151
Kontakt:
M. Sc. Aleksandr Filimonov
Tel.: +49 421 218 51219
E-Mail: filimonov@iwt.uni-bremen.de
Bestimmung von charakteristischen Molekülen mittels Massenspektroskopie gekoppelter Thermogravimetrieanalyse
Das langfristige Ziel im Projekt Pre-ignition Fire Detection System (PFDS) ist die Detektion eines Feuers vor dem Entstehen einer Flamme an Bord der internationalen Raumstation ISS. Für eine verlässliche Detektion soll ein neuronales Netzwerk anhand von Ausgasungen trainiert werden.
Vier Testmaterialien wurden ausgewählt und mittels Massenspektroskopie gekoppelter Thermogravimetrie untersucht. Die flüchtigen Ausgasungen wurden unterhalb der bekannten Zersetzungstemperatur bestimmt und sind charakteristisch für jedes Material. Maßgeschneiderte Sensorsubstrate zur Umsetzung in einem miniaturisierten integrierten Sensorarray wurden entworfen und die Realisierbarkeit durch den Hersteller geprüft.
Kooperation: Institut für physikalische und theoretische Chemie, Eberhard Karls Universität Tübingen
Förderung: DLR
Kontakt:
Malte Schalk
Tel.:+49 421 218 64516
E-Mail: m.schalk@iwt.uni-bremen.de
Simulation von Strukturveränderungen mesoporöser Filme und Schichten während der Infiltration und Trocknung von Flüssigkeiten
Nanopartikelsysteme zeichnen sich durch hierarchische Anordnungen von gesinterten Nanopartikeln (5–50 nm) aus, die wiederum gesinterte Aggregate (200–300 nm) bilden und weiter agglomerieren, um ausgedehnte Nanopartikelanordnungen, sogenannte mesoporöse Filme (1–50 μm), zu bilden.
Der Agglomerationsmechanismus ist weitgehend auf Oberflächenspannungskräfte zurückzuführen, die die Dynamik in diesem Skalieren beherrschen. Die Umstrukturierung erfolgt beispielsweise während des Aufsaugens von Flüssigkeiten und des Trocknens von Nanopartikel-Filmen. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein tieferes theoretisches Verständnis der Oberflächenspannungskräfte in diesem Maßstab zu erlangen. Daher wurden neue Modelle und Methoden zur schnellen und genauen Berechnung von Oberflächenspannungskräften entwickelt.
Kooperation: Universität Bremen/FB04
Förderung: DFG (GRK 1860)
Kontakt:
Stefan Christian Endres
Tel.:+49 421 218 51238
E-Mail: s.endres@iwt.uni-bremen.de