Kombinatorische Materialforschung

Die kombinatorische Materialforschung ist ein junges Teilgebiet der Materialwissenschaft, das am Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum seit einigen Jahren mit sehr viel Erfolg betrieben wird. Mit Hilfe des sogenannten Magnetronsputterns, einer Dünnschichttechnologie, werden Materialbibliotheken abgeschieden. Diese kann man sich als eine Art Dreieck vorstellen, dessen Ecken durch je ein Element, sagen wir Ni, Al und Cr bestimmt werden. Wenn man sich auf einer Seite des Dreiecks von einem Eckelement zum anderen bewegt, ändert sich die Legierungszusammensetzung kontinuierlich. Man durchläuft dann das ganze binäre System, zum Beispiel vom reinen Ni zum reinen Aluminium. Für dieses bekannte System wissen wir, dass dabei Mischkristallbereiche, Zweiphasengebiete und Bereiche mit intermetallischen Phasen durchlaufen. Im inneren des Dreiecks findet man entsprechend je nach Lage ternäre Legierungszusammensetzungen. Im abgeschiedenen Dreieck finden sich alle möglichen Zusammensetzungen des ternären Systems Ni, Al und Cr. Nun kann man mit schnellen Methoden (high throughput methods) die Abhängigkeit wichtiger Eigenschaften des ternären Systems von der chemischen Zusammensetzung ermitteln, dies gilt zum Beispiel für die kristallographische Struktur der Legierungen des Systems oder für deren elastische Konstanten. Die kombinatorische Materialforschung stellt eine Schnittstelle zwischen Mikrosystemtechnik und Materialwissenschaften dar. Sie besitzt das Potential neue Zusammensetzungen aufzufinden, die für bestimmte Anwendungszwecke am besten geeignet sind. Man kann die kombinatorische Materialforschung im Bereich der Superlegierungen ebenso einsetzten, wie für die Entdeckung neuer Formgedächtnislegierungen oder für das Auffinden geeigneter Halbleitermaterialien für die elektrokatalytische Wasserstoffspaltung. Sind vielversprechende Legierungszusammensetzungen identifiziert, muss man versuchen, sie durch konventionelle Methoden in größeren Mengen/Volumina herzustellen, um sicherzustellen, dass man die neuen Systeme auch in ausreichend großen Mengen bereitstellen kann. Im Zusammenhang mit der kombinatorischen Materialforschung haben auch die Bestimmung mechanischer Eigenschaften kleiner Systeme und Verfahren zur mikrostrukturellen Charakterisierung dünner Filme am Institut für Werkstoffe stark an Bedeutung gewonnen.
Forschen und Leben am Institut
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