16.07.2018

Das Verständnis über den Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften von Werkstoffen und Materialien erlangen wir durch den Einsatz unterschiedlicher analytischer Methoden. Für Fragestellungen wie die Bestimmung der Kristallinität eines Materials, die Zuordnung zu einer bereits bekannten Struktur sowie dessen quantitativer Analyse oder der Strukturbestimmung einer neuen Phase verwenden wir die Röntgenbeugung. Auch eine geringe Probemenge (ca. 10 µg, abhängig vom Material), ist analysierbar. Die Untersuchung von Nanomaterialen (1–100 nm) mittels Röntgenkleinwinkelstreuung gehört zu unseren Kompetenzen. Die präzise Angabe der Größe und der Form der Nanopartikel in Lösung oder in einem Feststoff ist für die Eigenschaften eines Werkstoffs, der Nanomaterialien enthält, wichtig und definiert so die Einsatzgebiete solcher Werkstoffe. Ergänzend zur Verwendung von Laborgeräten ist eine zeitaufgelöste Analyse von komplexen Fragestellungen, wie beispielsweise den Schädigungsprozessen von zementgebundenen Baustoffen, zugänglich, indem Synchrotron Strahlung als Strahlungsquelle genutzt wird. Hier erlangen wir Informationen über die strukturelle Zusammensetzung und können diese mit den Eigenschaften des Baustoffs direkt in Beziehung setzen.

Im Bereich der Materialographie erlaubt die Computertomographie, die Mikrostruktur von Werkstoffen dreidimensional mit einer Auflösung im Submikrometerbereich abzubilden. Dadurch ist es möglich, die Komponenten von Faserverbundwerkstoffen oder Legierungen separat zu erfassen, das Verhalten unter Beanspruchung sichtbar zu machen und kleinste Materialdefekte zu erkennen. Noch höhere Auflösungen im Nanometerbereich können durch andere materialographische Bildgebungsverfahren wie die Elektronen- oder Raster-Kraft-Mikroskopie erreicht werden, die sogar bis auf einzelne Atome oder Moleküle abbilden können. Simultan, also zeit- und ortsgleich, sind physikalische und chemische Eigenschaften bildgebend zugänglich. Durch die Kombination von röntgenanalytischen und bildgebenden Verfahren, z.B. mit Hilfe von Synchrotron-Absorptionskantentomographie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie im Elektronenmikroskop oder raterkraftmikroskopisch basierter IR-Spektroskopie kann sogar die chemische Zusammensetzung der Werkstoffe räumlich aufgelöst werden. Auf diese Weise unterstützt die BAM die Entwicklung moderner widerstandsfähiger Materialien und Fertigungsmethoden wie den 3D Druck von metallischen und keramischen Werkstoffen oder Polymer-basierten Nanokompositen.