Portrait von Prof. Gabi Schierning
© UDE/Melanie Daamen

Gabi Schierning: Materialeigenschaften besser verstehen

Interdisziplinärer Blick auf Phasenübergänge

Bei der Kollision mit dem Eisberg brach die Titanic auseinander. Einer von mehreren Gründen für die Katastrophe: der verbaute Stahl war extrem spröde. Sogenannte Phasenübergänge im Festkörper erklären diese Versprödung von Metallen. Ausgelöst durch Temperaturveränderungen können sich Materialeigenschaften verändern, wie bei der Kollision mit dem Eisberg. Heute würde ein anderer Stahl verbaut, denn die Wissenschaft weiß mehr über diese Phasenübergänge. Zu ihnen forschen Expert:innen aus Materialwissenschaften, Physik und Ingenieurwissenschaft. Unter Leitung von UDE-Prof. Gabi Schierning erschien nun ein Artikel in Advanced Energy Materials*, der mit einem interdisziplinären Blick auf das Feld künftige Forschungsziele absteckt.

Im Alltag begegnen uns Phasenübergänge als Veränderung des Aggregatzustands, etwa von flüssigem Wasser zu Wasserdampf. Beim Phasenübergang im Festkörper bleibt der Aggregatzustand hingegen gleich. „Die Eigenschaften des Festkörpers ändern sich jedoch, etwa durch Druck oder Temperaturveränderungen. Ein Festkörper kann ab einer gewissen Temperatur sehr spröde oder magnetisch werden, indem er seine Kristallstruktur verändert“, so Materialwissenschaftlerin Gabi Schierning.

Ein ganz konkretes Anwendungsbeispiel für den Mechanismus des Phasenübergangs erklärt Prof. Anna Grünebohm von der Ruhr Universität Bochum: „Eine Formveränderung beim Phasenübergang kann vor allem in der Medizintechnik beim Einsatz von Stents gezielt genutzt werden. Einmal im Körper der Patient:innen eingesetzt, können die medizinischen Implantate durch einen Temperaturimpuls ihre Form verändern und sich in der verkalkten Blutbahn ausdehnen.“

In verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen werden die Phasenübergänge aus unterschiedlichen Blickwinkeln untersucht. Ingenieur:innen interessieren sich beispielsweise für ihre Rolle bei Konstruktionsmaterialien wie Stahlschrauben. Festkörperphysiker:innen fragen sich hingegen, was mit den Elektronen am Phasenübergang passiert, und entwickeln dafür komplexe Modellierungen. „Im Artikel, der nun in Advanced Energy Materials erschienen ist, hat unser interdisziplinäres Forschungsteam die gemeinsam experimentell auftretenden Motive und Mechanismen erfasst“, erklärt Schierning. Im Ergebnis haben die 14 Autor:innen die Experimente zusammengetragen, die an verschiedenen Materialien durchgeführt werden sollten und erfasst, welche Studien für welche Materialklassen unterrepräsentiert sind und daher ins Auge gefasst werden sollten. „Daraus können wir eine Leitlinie für die weitere interdisziplinäre Forschung ableiten“, so Schierning.

Prof. Astrid Westendorf, Prorektorin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs an der UDE betont: „Im Profilschwerpunkt Nanowissenschaften der UDE nutzen unsere Expert:innen ihr Verständnis der Nanoskala, um nachhaltige Lösungen für die Energieversorgung der Zukunft zu entwickeln. Gerade die interdisziplinäre Perspektive der Wissenschaftler:innen ermöglicht es, Problemlösungen aus verschiedenen Blickrichtungen zu entwickeln“.

Weitere Informationen:
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Zur Publikation: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202300754
Prof. Dr. Gabi Schierning, Research Center Future Energy Materials and Systems, gabi.schierning@uni-due.de

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