2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16985Das besondere Innovationspotenzial des Sonderforschungsbereichs liegt darin, quasi am Reißbrett makroskopische, multiskalig strukturierte Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln, die maßgeschneiderte mechanische, elektrische oder photonische Eigenschaften besitzen. Die hergestellten Werkstoffe sind dabei überwiegend aus einzelnen Bausteinen unterschiedlicher diskreter Längenskalen zusammengesetzt. Dieser hierarchische Aufbau eröffnet die Möglichkeit, ganz gezielt Bausteine auszutauschen, hiermit die Eigenschaften der Materialsysteme diskontinuierlich zu verändern und letztlich völlig neuartige Materialfunktionen zu erreichen. Parallel zu den experimentellen Methoden wird die Weiterentwicklung von theoretischen Materialmodellen auf Basis der experimentellen Ergebnisse betrieben. Dadurch gewinnt der Sonderforschungsbereich nicht nur an experimenteller Expertise, sondern durch die Anwendung von atomaren, mesoskaligen und Kontinuumsmodellen auch ein theoretisches Verständnis, wie der hierarchische Aufbau das Materialverhalten bestimmt. Die Bausteine des hierarchischen Aufbaus bestehen aus Polymeren, Keramiken, Metallen und Kohlenstoff (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Aerographite), die sich zu strukturierten bzw. funktionalisierten Einheiten zusammensetzen und so die Längenskalen vom Atom bis zur Makroskala einbeziehen. Der Aufbau der elementaren Einheiten ist geprägt durch z.B. Kern-Schale-Strukturen oder mit Polymeren gefüllte Hohlräume. In den drei Projektbereichen des Sonderforschungsbereichs werden unterschiedliche Materialsysteme verwendet. Dabei werden sowohl die multiskalige Struktur als auch die funktionalen Eigenschaften variiert: Bereich A befasst sich mit quasi selbstähnlichen Strukturen mit multifunktionalen Eigenschaften; Bereich B zielt auf integrierte nanostrukturierte mehrphasige Materialsysteme, die aufgrund des Gefügedesigns Festigkeit und funktionelle - insbesondere elektrische - Eigenschaften in sich vereinen; im Bereich C liegt der Schwerpunkt auf hochgeordneten hierarchischen periodischen und aperiodischen Strukturen und deren photonischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Die alle drei Projektbereiche verbindende Fragestellung lautet: Auf welche Weise können durch einen hierarchischen Aufbau die makroskopischen mechanischen, elektrischen oder photonischen Eigenschaften der Materialsysteme kontrolliert werden? Mit der Beantwortung dieser Frage kann der Sonderforschungsbereich ganz gezielt hierarchische Materialien entwickeln, die durch ihren multiskaligen Aufbau maßgeschneiderte Eigenschaften besitzen.The particular innovative potential of the Collaborative Research Centre is its ability to develop macroscopic materials - structured in a multi-scale way, designed "on the drawing board". Owing to their design, such materials will have tailor-made mechanical, electrical and photonic properties. Predominantly, the materials are assembled from single building blocks of distinct discrete length scales. This hierarchical composition opens up possibilities to exchange building units in a concerted way in order to discretely alter materials properties and, thus, to achieve entirely new materials functions. In addition to the required experimental methods and based on their results, theoretical materials models are refined. Hence, the Collaborative Research Centre not only gains experimental expertise but also a theoretical understanding of how a hierarchical composition determines materials behaviour. To this end, theoretical modelling includes atomistic, meso-scale and continuum models. For the hierarchical structures, the single building blocks are comprised of polymers, ceramics, metals and carbon (in form of carbon nanotubes and aerographites). Those assemble and form structured and functionalised units from the atom to the macro-scale, their form being core-shell structures or cavities filled with polymers. The three project areas of the Collaborative Research Centre use different materials systems and vary both the multi-scale structure and the functionalised properties: area A is concerned with quasi-self-similar structures with multi-functional properties; area B aims at integrated nano-structured multi-phase materials systems, which - due to the design of their microstructure - combine strength and functional properties (in particular, electrical ones); area C focusses on highly ordered, hierarchical, periodic and aperiodic structures and their photonic properties at high temperatures. One question unites all three project areas: How can we influence and control the macroscopic mechanical, electrical and photonic properties of materials by shaping their hierarchical composition? By answering this question, the Collaborative Research Centre can develop hierarchical materials with tailor-made properties in a systematic way.