Maßgeschneiderte Materialeigenschaften und Miniaturisierung durch Größeneffekte

Viele Materialien weisen im (Sub-)Mikrometerbereich unerwartete Eigenschaften auf – sogenannte Größeneffekte. Diese können, richtig eingesetzt, die Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Materialien erhöhen. Zum Beispiel sind nanostrukturierte Metalle sowie Dünnschichtstrukturen außerordentlich fest und resistent gegen Ermüdung. Ziel des Projekts von Prof. Dr. Katrin Schulz an der Hochschule Karlsruhe ist die Verknüpfung der mikrostrukturellen Mechanismen auf verschiedenen Längenskalen, was bisher noch nicht gelungen ist. Erreicht werden soll dies mithilfe eines physikalisch basierten Modellierungsansatzes und eines digitalen Material-Zwillings. Der digitale Zwilling bildet das physikalische System mit dessen Eigenschaften virtuell ab. Damit lassen sich die Materialeigenschaften unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Herstellungsprozessen vorhersagen. So werden maßgeschneiderte Materialien für neue Beschichtungen, Mikro- und Nanosystemen schneller entwickelt. Diese führen zu Ressourceneinsparungen, da sich die gleichen oder sogar bessere Eigenschaften mit weniger Materialeinsatz realisieren lassen.