Neue Palette selbstheilender Materialien

Bestimmte Typen von Kunststoffmaterialien sind derart beschaffen, dass eine chemische Reparatur von Rissen und anderen Defekten in ihrer Struktur möglich ist. Solche Materialien werden häufig als selbstheilend bezeichnet und sind oft besonders haltbar, was von Vorteil ist.

Das EU-finanzierte Projekt "Training network for self-healing materials: From concepts to market" (SHEMAT) untersucht diese Materialien. Das aus neun Mitgliedern bestehende Konsortium hat in erster Linie die Umsetzung der Selbstheilung in verschiedenen Materialien und die Vermarktung der Entwicklungen zum Ziel.

Überdies will SHEMAT standardisierte Methoden zur Charakterisierung des Selbstheilungspotenzials entwickeln. Das Ziel ist der Schlüssel zur Kommerzialisierung und einzigartig für SHEMAT. Das Projekt konzentriert sich auf vier Materialtypen: Polymere, faserverstärkten Polymerverbundstoffe, Beton und Keramik. Die auf drei Jahre angelegte Unternehmung endet am Ende des Jahres 2015.

Bislang sind 15 junge Wissenschaftler für das Karriereentwicklungsprogramm des Projekts ausgewählt worden.

Die Arbeit startete mit einem Workshop, der die Bewertung selbstheilender Materialien definieren sollte, was ein Schritt hin zu einem Charakterisierungsverfahren ist.

Außerdem verglich das Team die wirtschaftlichen Kosten der großtechnischen Bakteriensporenproduktion unter klassischen und neuen Kulturbedingungen für konkrete Anwendungen. Die Forschungsarbeiten ergaben, dass die neuartige Technik in Kombination mit Wasserbehandlungsabfallprodukten zu einer signifikanten Kostensenkung führte.

Die Studie zeigte gleichermaßen, dass unter bestimmten chemischen Bedingungen selbstheilende Wärmedämmschichten (Thermal Barrier Coating, TBC) realisiert werden können. Die Heilung von Rissschäden erfolgt bei derartigen Materialien durch Oxidation bei Betriebstemperaturen. Das TBC-Konzept ist in ein neues EU-Projekt zur kommerziellen Verwertung überführt worden.

Darüber hinaus hat das Projekt die Selbstheilung von MAX-Phasen mit Aluminiumverbindungen demonstriert, wobei selektive Oxidation die beschädigten Stellen füllt. Der Rissheilungsprozess ist auf verschiedene Titan- und Chromverbindungen anwendbar. In einem Fall konnte die vollständige Quantifizierung dargestellt werden, die zeigt, dass die vollständige Wiederherstellung und wiederholte Heilung möglich sind. Fertigungsoptionen werden derzeit berücksichtigt.

Bis heute konnte SHEMAT Fortschritte bei der Definition der Chemie bestimmter selbstheilender Materialanwendungen erzielen. Die Resultate geben nun Raum für die kommerzielle Anwendung der Prozesse.