Skalenübergreifende Charakterisierung robuster funktionaler Materialsysteme
Das Forschungsprojekt untersucht die Zusammenhänge zwischen Strukturen – inklusive Defekten – auf atomistischer, mikroskopischer und mesoskopischer Größenskala und dem resultierenden makroskopisch beobachtbaren Verhalten.
Projektdauer: 6/2018 bis 6/2024
Förderumfang: 8 Millionen Euro
Das Projekt ist gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen der Sonderförderlinie 2017/2018 »Grundlagenwissenschaften mit Anwendungsbezug«.
Materialsysteme der Zukunft bestehen aus synthetischen Grundmaterialien, deren Eigenschaften und Verhalten durch die innere Struktur festgelegt werden.
Ein Zugang zum Verständnis der Zuverlässigkeit dieser Materialsysteme kann jedoch nur erfolgen, wenn die initial vorliegenden strukturellen Eigenschaften wie auch die in der Nutzungsphase
entstehenden Defekte über alle relevanten Größenskalen experimentell erfasst und theoretisch beschrieben werden können.
Forschungsschwerpunkte
Halbleiter-
materialsysteme
Die Charakterisierung und das Engineering atomarer Defekte sowie die Positionierung einzelner Atome in kristallinen Halbleitermaterialien ermöglicht sowohl ein grundlegendes Verständnis als auch die kontrollierte Änderung von Materialeigenschaften auf der Nanoskala.
Defect-Engineering und
hybride Materialsysteme
Die neuartige Technologie der Ultraschallermüdung erlaubt es, angestrebte Lebensdauern von vielen Jahren in nur wenigen Tagen für Faserverbundwerkstoffe zu überprüfen. Dadurch können Schädigungsmechanismen, die zumeist von Defekten und Inhomogenitäten ausgehen, studiert und zur Entwicklung robuster langlebiger Materialsysteme genutzt werden.
Mechanische
Metamaterialien
Strukturen interagieren auf verschiedenen Skalen. Dieses grundlagenorientierte Verständnis wird genutzt, um Materialsysteme mit neuartigen Eigenschaften und Funktionen zu schaffen. Eingesetzt wird das Laserschmelzverfahren von Metallen, das hochaufgelöste dreidimensionale Strukturen erzeugt.
Additive Fertigung von programmierbaren Materialsystemen
Programmierbare Materialien nutzen Mechanismen und mesoskopische mechanische Strukturen als logische Elemente um Informationen zu verarbeiten und zu reagieren. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Verhalten in die innere Struktur hineinprogrammiert ist.
Entwicklung von in-situ computertomographischen Methoden
Die Entwicklung der letzten Jahre bei spektroskopischen Detektoren und Nanofokus-Röntgenröhren ermöglicht das Design innovativer Röntgenanalysegeräte. Sie besitzen ähnliches Leistungsvermögen wie eine Synchrotronquelle und liefern gleichzeitig Beugungsbilder, Defektverteilungen und dreidimensionale Informationen für unterschiedliche Materialsysteme.
Methoden und Maßnahmen
Das Scharf-Projekt erforscht Materialien skalenübergreifend von der Nano- bis zur Makroskala. Dabei kommt eine Vielzahl von Methoden und Maßnahmen zum Einsatz.
PDF: Schaubild Methoden und Maßnahmen
Beteiligte Professuren
Prof. Dr. Stefan Hiermaier
INATECHLeiter des SCHARF-Projekts
Gips-Schüle-Professur für Sustainable Systems Engineering
stefan.hiermaier@inatech.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher
INATECHGips-Schüle-Professur für Leistungselektronik
oliver.ambacher@inatech.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Frank Balle
INATECHWalter-und-Ingeborg-Herrmann-Professur für Leistungsultraschall und Technische Funktionswerkstoffe
frank.balle@inatech.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Michael Fiederle
Freiburger MaterialforschungszentrumLeiter SG Materialcharakterisierung & Detektortechnologie
michael.fiederle@fmf.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Chris Eberl
IMTEKProfessur für Mikro- und Werkstoffmechanik
christoph.eberl@imtek.uni-freiburg.de
Jahresberichte
Einblick in den aktuellen Stand der Forschung finden Sie in den Jahresberichten und Postern
Poster
Analysis of 3D metallic auxetic structures at high rates of strain using finite element DIC
Pantographic metamaterials: smart materials and their simulation methods
High resolution in-situ fatigue damage analysis and extrusion kinetics with ROCS microscopy
On the application of power ultrasonics for accelerated fatigue testing and defect engineering
Energy selective NanoCT with direct converting CdTe semiconductor detector
Fabrication of a phantom for material discrimination by X-ray spectroscopy with a 1 mm CdTe Medipix3RX detector
Diamond Tips for Quantum Magnetometry
Surface Acoustic Wave Propagation Characteristics in c-plane (0001) and a-plane (11-20) AlScN Thin Films
Full 3D Strain Field analysis with in-situ μCT based Digital Volume Correlation
Fertigungsfähigkeiten Additive Layer Manufacturing (ALM)