Materialversagen wird vorhersehbar Montag, 21.01.2013
Materialschäden in Kompositmaterialien sind von außen kaum festzustellen. Ein Forschungsteam der Universität zu Kiel (CAU), der Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der TU München (TUM) hat ein neuartiges Verfahren zur Erkennung von Materialschäden entwickelt und im Fachjournal Advanced Materials veröffentlicht.
Das Verfahren basiert auf einem Anteil an
mikrostrukturierten Zinkoxidtetrapoden in dem
Kompositmaterial und Bestrahlung des Teils mit UV-Licht. Das
neue Konzept könnte zahlreiche ingenieurtechnische Probleme
lösen, da Kunststoffkomposite vom Fahrzeugbau bis hin zur
Medizintechnik verbreitet sind und gezielt für
Hochbelastungsanwendungen entwickelt werden.
Das Forschungsteam hatte Zinkoxidtetrapoden mit einem
Silikonpolymer (Polydimethylsiloxane) vermischt und die
Eigenschaften des so entstandenen Kompositmaterials
untersucht. Sie fanden heraus, dass das Silikonmaterial
durch die Zinkoxidkristalle nicht nur fester wird, sondern
auch ein ungewöhnliches Lichtreflexionsverhalten aufweist.
Bei Bestrahlung mit UV-Licht verändert sich unter
mechanischer Belastung die Intensität des reflektierten
Lichtes und damit seine Farbe. Fehlstellen im Inneren von
Teilen aus dem Kompositmaterial bewirken Änderungen des
reflektierten Lichtes und zeigen dadurch ein Bild der
Fehlstelle an.
Kompositpolymere werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt
– von Zahnimplantaten bis hin zu Raumfahrzeugen. Sie
bestehen aus zwei oder mehr Ausgangsmaterialien mit
unterschiedlichen Eigenschaften – zum Beispiel Silikon und
Zinkoxid – die im Materialverbund bessere Eigenschaften
haben. Der Leiter der Studie, betont: „Materialien wie
die untersuchten Zinkoxidkristalle sind offenbar eine
exzellente Komponente für zahlreiche spezielle
Kompositmaterialien – auch in Konstruktionen, deren Versagen
zu katastrophalen Unfällen führen kann“.
Originalpublikation: A novel concept for
self-reporting materials: Stress sensitive photoluminescence
in ZnO tetrapod filled elastomers, Advanced Materials, doi:
adma.201203849
Bild: (DOI:10.1002/adma.201203849), Copyright 2012, Wiley - Wenn ein Kompositmaterial mit Zinkoxidkristallen mit UV-Licht bestrahlt und gleichzeitig gedehnt wird, verändert sich der Anteil des an den Zinkoxidkristallen reflektierten grünen Lichts mit der Intensität der Dehnung.
Erstellt am 21.01.2013