Poren­tiefer Blick

Egal ob bei Beton, Keramik oder anderen porösen Materialien, Poren haben einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Materialien. Ein neues Röntgenmikroskop hilft Innsbrucker Wissenschaftlern, einen tiefen Blick in die Porenräume von Materialen zu werfen. So können Materialien optimiert und damit leistungsfähiger gemacht werden.
Röntgenmikroskop
Bild: Blick in das Innere des neuen Röntgenmikroskops im Innsbrucker NanoLab. (Credit: Uni Innsbruck)

Seit zehn Jahren gibt es an der Fakultät für Technische Wissenschaften der Universität Innsbruck das NanoLab. Dort steht seit kurzem ein von der Europäischen Union gefördertes Röntgenmikroskop. Dieses Mikroskop ermöglicht einen tiefen Blick in Materialien, die inneren Strukturen können bis auf 700 Nanometern aufgelöst werden. Bei den Messungen können die Proben auch mechanisch und thermisch belastet werden. „Uns interessieren besonders die Poren, sozusagen die Luft im Material“, sagt der Materialwissenschaftler Roman Lackner vom Arbeitsbereich für Materialtechnologie. „Der Porenraum hat einen starken Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der Materialien.“ Der Porenraum entsteht während der Herstellung. Je nach Herstellungsart ergeben sich klar unterscheidbare Porenräume, die sich in Größe, Form und Verbindung der Poren voneinander unterscheiden. Darüber hinaus verändert sich der Porenraum im Zuge der Verwendung der Materialien durch thermische, mechanische aber auch chemische Prozesse. Dies spiegelt sich schließlich auch in der Belastbarkeit und Leistungsfähigkeit von Materialien wider. „Mit den am neuen Röntgenmikroskop generierten Daten können wir virtuelle Modelle des Porenraums erzeugen und dadurch die Leistungsfähigkeit von Materialien modell- und simulationsbasiert bestimmen und auch optimieren“, erklärt Prof. Lackner.

Zurzeit wird das Gerät im Rahmen eines vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Kooperationsprojekts zur Optimierung von technischen Keramiken eingesetzt. Gemeinsam mit den Tiroler Partnerfirmen Steka-Werke und Luxner Engineering wollen die Innsbrucker Wissenschaftler um Roman Lackner die Poren in technischen Keramiken gezielt verändern und dadurch neue Anwendungsmöglichkeiten schaffen.  

Unterschiedlich poröse Keramikproben wurden mit dem Röntgenmikroskop untersucht und am Computer in Ausschnitten rekonstruiert. Die unterschiedlichen Porenräume sind als dunkle Bereiche deutlich erkennbar. (Credit: Uni Innsbruck)

„Diese Methode ist aber nicht auf technische Keramiken beschränkt“, betont Roman Lackner. „Die meisten Materialien wie auch biologische Stoffe besitzen einen Porenraum, welcher die physikalischen Eigenschaften stark beeinflusst.“ Als Beispiel nennt er Baustoffe wie Beton, Dämmstoffe und Holz aber auch Biomaterialien wie Knochen. In einer Kooperation mit der Medizinischen Universität Innsbruck will Prof. Lackner zum Beispiel die Verankerung von Implantaten in gesunden und kranken Knochen untersuchen und hinsichtlich ihrer Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit verbessern.

 

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