SFB 986 / TP B09 - Mikrostrukturbasierte Klassifizierung und mechanische Analyse nanoporöser Metalle durch maschinelles Lernen

Das besondere Innovationspotenzial des Sonderforschungsbereichs liegt darin, quasi am Reißbrett makroskopische, multiskalig strukturierte Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln, die maßgeschneiderte mechanische, elektrische oder photonische Eigenschaften besitzen. Die hergestellten Werkstoffe sind dabei überwiegend aus einzelnen Bausteinen unterschiedlicher diskreter Längenskalen zusammengesetzt. Dieser hierarchische Aufbau eröffnet die Möglichkeit, ganz gezielt Bausteine auszutauschen, hiermit die Eigenschaften der Materialsysteme diskontinuierlich zu verändern und letztlich völlig neuartige Materialfunktionen zu erreichen. Parallel zu den experimentellen Methoden wird die Weiterentwicklung von theoretischen Materialmodellen auf Basis der experimentellen Ergebnisse betrieben. Dadurch gewinnt der Sonderforschungsbereich nicht nur an experimenteller Expertise, sondern durch die Anwendung von atomaren, mesoskaligen und Kontinuumsmodellen auch ein theoretisches Verständnis, wie der hierarchische Aufbau das Materialverhalten bestimmt. Die Bausteine des hierarchischen Aufbaus bestehen aus Polymeren, Keramiken, Metallen und Kohlenstoff (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Aerographite), die sich zu strukturierten bzw. funktionalisierten Einheiten zusammensetzen und so die Längenskalen vom Atom bis zur Makroskala einbeziehen. Der Aufbau der elementaren Einheiten ist geprägt durch z.B. Kern-Schale-Strukturen oder mit Polymeren gefüllte Hohlräume. In den drei Projektbereichen des Sonderforschungsbereichs werden unterschiedliche Materialsysteme verwendet. Dabei werden sowohl die multiskalige Struktur als auch die funktionalen Eigenschaften variiert: Bereich A befasst sich mit quasi selbstähnlichen Strukturen mit multifunktionalen Eigenschaften; Bereich B zielt auf integrierte nanostrukturierte mehrphasige Materialsysteme, die aufgrund des Gefügedesigns Festigkeit und funktionelle - insbesondere elektrische - Eigenschaften in sich vereinen; im Bereich C liegt der Schwerpunkt auf hochgeordneten hierarchischen periodischen und aperiodischen Strukturen und deren photonischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Die alle drei Projektbereiche verbindende Fragestellung lautet: Auf welche Weise können durch einen hierarchischen Aufbau die makroskopischen mechanischen, elektrischen oder photonischen Eigenschaften der Materialsysteme kontrolliert werden? Mit der Beantwortung dieser Frage kann der Sonderforschungsbereich ganz gezielt hierarchische Materialien entwickeln, die durch ihren multiskaligen Aufbau maßgeschneiderte Eigenschaften besitzen.