Gedächtnistraining für Metallstrukturen
Strukturierte Oberflächen besitzen besondere Eigenschaften. Wünschenswert wäre es, diese Eigenschaften schaltbar zu machen. Dadurch ließen sich zum Beispiel Reibung und Haftung auf metallischen Oberflächen gezielt an- und ausschalten. Wie man strukturierte Oberflächen dafür trainiert, untersucht die Juniorforschungsgruppe „Metallische Mikrostrukturen“ am INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien seit Januar 2011.
Mit dem Rasterionenmikroskop hergestellte Kupfer-Zink Mikrosäulen
INM
Einige Materialien, sogenannte Formgedächtnislegierungen, verändern bei einer Temperaturerhöhung ihre Form. Die Metalle haben sozusagen ein Gedächtnis dafür, in welche Form sie sich bei höherer Temperatur begeben. „Allerdings ist diese Formänderung nicht rückgängig zu machen – einen Schalter erhält man mit diesem Ein-Wege-Effekt noch nicht“, erklärte Andreas Schneider, der Leiter der neuen Gruppe. „Dazu müssen wir das Material trainieren. Das gelingt mit einer geeigneten Kombination aus Wärmebehandlung und Verformung.“ Dann merkt sich das Material die Form bei der höheren und bei der niedrigeren Temperatur. Dieser Zwei-Wege-Gedächtnis-Effekt ermöglicht es, über die Temperatur Oberflächenstrukturen schaltbar zu machen. Damit lassen sich zum Beispiel Reibung und Haftung auf Oberflächen gezielt an- und ausschalten.
Im zweiten Forschungsschwerpunkt untersucht die Gruppe, wie Mikrostrukturen die Belastbarkeit einer Metalloberfläche beeinflussen. „Wir erkennen, dass ein Metall umso belastbarer wird, je kleiner wir die Struktur auf der Oberfläche machen. Viele dünne Säulen tragen ein Tempeldach besser als wenige dicke Säulen“, erklärt der Juniorforscher. Die Arbeitsgruppe untersucht, welche Einflüsse zu diesem Effekt führen und ihn verändern.
Die Mikrostrukturen erzeugen die Wissenschaftler unter anderem mit einem Rasterionenmikroskop. Damit werden Schicht um Schicht kleinste Mengen Metall von der Oberfläche abgetragen. Am Ende ragen Mikrosäulen mit einem festen Durchmesser und einer festen Höhe aus dem Metall heraus. Mit einem Stempel, der von oben auf die Säulen drückt, testen die Wissenschaftler, welchen Kräften die Säulen standhalten, bevor sie nachgeben.
Als Materialien verwendet die Gruppe Metalle mit einer bestimmten kristallographischen Struktur. Die bereits untersuchten Metalle Niob, Wolfram, Tantal und Molybdän verfügen beispielsweise über eine kubisch raumzentrierte Struktur. Auch Materialien, die mit Oxidteilchen verstärkt sind, untersucht die Forschungsgruppe. Es ist bekannt, dass diese Oxidteilchen Metalle belastbarer machen. Die Gruppe untersucht, ob sich dieser Effekt auch im Nano-Mikro-Maßstab bestätigt.
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