Nachhaltige thermoelektrische Zementverbundwerkstoffe mittels Dotierung von endlosen Hochleistungsfasern für die Energiegewinnung und Korrosionsdetektion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marco Liebscher
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571280223

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung nachhaltiger, thermoelektrischer LC3-basierter Verbundwerkstoffe zur autonomen Energiegewinnung und Korrosionserkennung in intelligenten Bauwerken. Dieser innovative Ansatz basiert auf dem Einsatz dotierter, kontinuierlicher Fasern aus Carbon Nanotubes (CNTFs) sowie mit reduziertem Graphenoxid (rGO) beschichteten Polyvinylalkohol-(PVA)-Fasern als multifunktionale Verstärkung. Zunächst werden CNTFs gezielt als p- und n-Halbleiter durch verschiedene Dotierungen modifiziert. Parallel dazu erfolgt die hierarchische Beschichtung von PVA-Fasern mit unterschiedlich dotierten rGO-Nanopartikeln, wodurch leitfähige, thermisch aktive Verstärkungen entstehen. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen den thermoelektrischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Fasern eingehend untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Modifikation der LC3-Matrix, um deren thermolektrische Leistungsfähigkeit und Sensitivität gegenüber Chloridionen gezielt zu verbessern. Die Kombination von dotierten Fasern und einer maßgeschneiderten Matrix ermöglicht die Entwicklung neuartiger, dual-funktionaler Verbundwerkstoffe mit erhöhter Energieausbeute und gleichzeitiger Korrosionserkennung. Durch die Integration von Metalloxiden in die LC3-Matrix wird die ionische Thermoelektrizität zusätzlich verstärkt. Die sensorische Faserfunktion basiert auf der Änderung deselektrischen Widerstands und in der thermoelektrischen Spannung durch Ionendiffusion oder Quellung der PVA-Fasern bei Wassereintritt. Solche Änderungen ermöglichen eine sofortige Detektion von Chlorideindringung und damit frühzeitige Korrosionswarnung. Abschließend erfolgt die Demonstration dieser intelligenten Verbundwerkstoffe in Form neu entwickelter thermoelektrischer Generatoren und Überwachungssysteme zur Strukturüberwachung. Die werden das Potenzial dieser nachhaltigen Technologie für energieautarke und langlebige Infrastrukturanwendungen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen