Mit Röntgenstrahlen werden Materialeigenschaften erforscht

26.01.2011 - Deutschland

Die kleinsten, d.h. atomaren Strukturen von Materialien, ob in der Nanotechnologie oder der Biologie, interessieren Wissenschaftler und Unternehmer gleichermaßen. Mit Hilfe hochintensiver Röntgenstrahlung, der so genannten Synchrotronstrahlung, kann die genaue Anordnung von Atomen in Materialien aufgeklärt werden. Von dieser Anordnung hängt es beispielsweise ab, ob Stahl hart oder spröde ist, ob ein Transistor funktioniert oder nicht, ob Medikamente wirken oder wirkungslos sind. Das Wissen über die Anordnung der Atome in Materialien aller Art ist letztlich der Schlüssel zum Verständnis ihrer Eigenschaften. In der Elektronen Speichering Anlage DELTA, die von der TU Dortmund betrieben wird, wird diese Strahlung erzeugt.

Wissenschaftler der Universität Siegen und der Bergischen Universität Wuppertal haben in den vergangenen Jahren mit etwa 1 Million Euro einen hochkomplexen Messplatz, eine so genannte Beamline, zum Studium der atomaren Struktur von Materialien aufgebaut, die am Montag eingeweiht worden ist.

Insgesamt stehen jetzt bei DELTA sieben Beamlines für Nutzer aus der Wissenschaft und Industrie aus ganz NRW zu Verfügung und liefern einmalige Forschungsmöglichkeiten, die die beteiligten Universitäten allein so nicht anbieten könnten. Mit Hilfe der neuen Beamline kann beispielsweise die Langzeit-Lebensdauer von Stahl untersucht werden, ein Projekt des Siegener Wissenschaftlers Prof. Dr.-Ing- Hans-Jürgen Christ. Die Grundlagen für die Belastbarkeit von Stahlteilen werden auf atomarer Ebene erforscht. Anwendung findet dies beispielsweise bei Flugzeugrotoren, Windrädern oder Eisenbahnradsatzwellen. So soll verhindert werden, dass es in dauerfest deklarierten Bereichen zu Rissbildung, Rissausbreitung und damit zum Bauteilversagen kommen kann.

Ein weiteres Siegener Projekt, welches an diesem Messplatz durchgeführt wird, ist die Erforschung der inneren Ursache des so genannten piezoelektrischen Effekts. In bestimmten Materialien wie Quarz entsteht elektrische Spannung, wenn ein äußerer Druck aufgebaut wird. Umgekehrt können sich Materialien bei Anlegen einer elektrischen Spannung verformen. Dies nutzt die Industrie, um feinste Bewegungen auszuführen. Die Strukturänderungen, die mit dem Piezzo-Effekt einhergehen, werden analysiert, um Materialien zu optimieren. Weltweit gebe es nur zwei oder drei Forschergruppen, die diese Untersuchungen überhaupt machen, so Prof. Pietsch.

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