Materialen op atomair niveau veranderen goed voor award van ASM International

Enkel door een klein aantal vreemde atomen in lichtgewicht aluminium motorblokken te integreren, kun je de brosse eigenschappen van het materiaal zodanig verbeteren dat het sterk wordt en minder breekbaar. Voor deze nanotomografie en andere innovaties op het vlak van interne structuren in materialen, heeft professor Frank Mücklich van de universiteit van Saarland een hoge Amerikaanse award gekregen. Hij is onderscheiden met de Henry Clifton Sorby Award.

Duitse professor wint Amerikaanse onderscheiding met baanbrekende materiaaltechnologie

Frank Mücklich, hoogleraar Functionele Materialen bij de Universiteit Saarland, heeft al bijna zijn hele wetenschappelijke leven gespendeerd aan het leren begrijpen van de opbouw van interne structuren in materialen. Hij en zijn team ontwikkelen technieken om de structuren te karakteriseren en vooral om ze te veranderen, zodat je invloed krijgt op de specifieke eigenschappen van het materiaal. Bijvoorbeeld sterker maken, minder bros, juist flexibeler. Voor dit werk heeft hij recent de Henry Clifton Sorby Award ontvangen. Dit is de hoogste onderscheiding die de American Society for Materials (ASM International) uitreikt. Frank Mücklich is de vijfde Duitse wetenschapper die deze award wint.

Veranderingen zichtbaar maken

Een van de doorbraken waar hij recent voor heeft gezorgd, is dat het zichtbaar maken van de driedimensionale veranderingen in een materiaalstructuur, bijvoorbeeld als het materiaal onder druk of hoge temperatuur wordt vervormd. Denk bijvoorbeeld aan het persen van metaal in een matrijs. Dankzij deze analysetool, kan zijn team voorspellen hoe de eigenschappen van een materiaal gaan veranderen onder invloed van bepaalde externe factoren. Een voorbeeld uit de praktijk van de Saarlandse hoogleraar is de ontwikkeling van een lichtgewicht aluminium motorblok voor de autoindustrie. Door een microscopisch netwerk van siliconen atomen in het materiaal in te brengen, kan de sterkte van het aluminium enorm verbeterd worden. Het nadeel hiervan is echter dat het materiaal tegelijkertijd erg bros wordt en dus snel breekt. Met behulp van nanotomografie, een techniek die mede door het team van Mücklich is ontwikkeld, kunnen ze een aantal vreemde atomen in de structuur inbrengen. Eén vreemde atoom tegenover 10.000 bekende atomen volstaat. Dankzij deze enkele atomen behoudt het aluminium de goede mechanische eigenschappen en blijft het een lichtgewicht materiaal, maar is het niet langer bros. “We kunnen met enkele atomen de groei van het siliconennetwerk stoppen. Het netwerk blijft hierdoor beperkt tot enkele gebieden in het materiaal. Als het aluminium gevormd wordt, kan het netwerk eenvoudig van de ene naar de andere zone opschuiven, wat het materiaal ductieler maakt”, legt professor Mücklich uit.

Analogie met CT scan

Nanotomografie lijkt een beetje op computertomografie (CT scan), maar in plaats van dat het product in schijfjes wordt gesneden, worden er nu nano secties gemaakt. Deze beelden worden in de computer weer samengebracht om het virtuele model vervolgens te analyseren. Zo maakt men de raster- en nanostructuren in het materiaal zichtbaar en kan men ontdekken hoe het materiaal te verbeteren.

De Henry Clifton Sorby Award wordt sinds 1976 elk jaar uitgereikt door ASM International.

Foto’s Universität Saarland