Hochtemperaturbestänidige nanostrukturierte Fachwerk-Materialien mit herausragenden thermomechanischen Eigenschaften

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Bauer
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299216351

Die Entwicklung neuartiger additiver Fertigungsverfahren in jüngster Vergangenheit mit Auflösungsvermögen bis in die Nanometer-Skala ermöglicht die Herstellung von leichten und zugleich hochfesten mikro- bzw. nanostrukturierten Fachwerk-Materialien. Durch die Miniaturisierung optimierter zellularer Architekturen werden hierbei stark verfestigend wirkende mechanische Größeneffekte ausgenutzt, was herausragende mechanische Eigenschaften bei niedriger Dichte ermöglicht. Bislang wurden diese Fachwerk-Materialien lediglich hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften charakterisiert und optimiert. Multifunktionsfähigkeit, die eigentliche Stärke zellularer Srukturen im klassischen Sinne, wie etwa im Falle lasttragender und zugleich isolierender Sandwichplatten, wurde noch nicht untersucht. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es ultraleichte, multifunktionale, hochtemperatur beständige Nanofachwerk-Materialien herzustellen, die eine extrem niedrige thermischer Leitfähigkeit mit hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften kombinieren. Deren thermische Isolationsfähigkeit sowie mechanische Festigkeit soll experimentell sowie simulativ charakterisiert und durch gezieltes Material- und Struktudesign optimiert werden.Auch in der thermischen Leitfähigkeit liegen Größeneffekte vor, im Nanometerbereich nimmt diese mit sinkenden Abmessungen immer mehr ab und ist unterhalb von 100 nm etwa eine Größenordnung niedriger als bei makroskopischen Dimensionen. Nanofachwerk-Materialien, deren mikroskopische Einzelstäbe mit Materialstärken von nur 10 nm gefertigt werden können, besitzen demnach eine extrem niedrige thermische Leitfähigkeit und sind prädestiniert für den Einsatz als hocheffiziente, ultraleichte und hochfeste thermische Isolatoren. Es ist zu erwarten, dass diese Kombination aus hoher spezifischer mechanischer Belastbarkeit und thermischem Isolationsvermögen die aller derzeit verfügbaren Materialien übertrifft. Für zahlreiche Anwendungen, wie etwa in Gasturbinentriebwerken und der Raumfahrt, würde die Entwicklung solcher Werkstoffe ,die hochtemperaturbeständige und zugleich lasttragende Strukturen, welche die thermische Isolation temperaturempfindlicher Unterstrukturen ermöglichen, eine signifikante Effizienzsteigerung und Gewichtsersparnis sowie eine höhere mechanische Belastbarkeit bedeuten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Lorenzo Valdevit