2026-06-042026-07-012026-06-04https://hdl.handle.net/11420/63376Nanoporöse Metalle haben aufgrund ihrer einzigartigen, von der Nanostruktur abhängigen mechanischen, optischen und elektrochemischen Eigenschaften großes Interesse geweckt. Besonders attraktiv sind Materialien mit reversibel einstellbaren makroskopischen Eigenschaften, die dynamisch auf äußere Reize reagieren können, was essentiell für die Anwendung in adaptiven Systemen ist. Eine kontrollierte, reversible Steuerung von Eigenschaften wie Steifigkeit, Festigkeit und Form ist für intelligente und multifunktionale Geräte der nächsten Generation, einschließlich Soft-Robotik und künstlicher Muskeln, äußerst attraktiv. In den letzten zwei Jahrzehnten haben Fortschritte in der Nanostrukturierung eine noch nie dagewesene Kontrolle der mechanischen Eigenschaften durch Oberflächen- und Grenzflächeneffekte ermöglicht, bedingt durch das hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis dieser Materialien. Während die reversible Einstellung von Dehnung, also die Aktuation, in nanoporösen Metallen gut etabliert ist, bleibt die reversible Einstellung anderer mechanischer Eigenschaften relativ unerforscht – insbesondere jenseits von Edelmetallsystemen. Frühere Studien haben sich weitgehend auf die Steuerung der Eigenschaften mittels elektrochemischer Aufladung der Oberfläche oder Hydroxidadsorption konzentriert. In diesem Projekt wird ein alternativer und breit anwendbarer Ansatz vorgestellt: die reversible Metallelektroabscheidung (RME). RME bietet eine erweiterte Anpassbarkeit und Kompatibilität mit erdreichhaltigen, kostengünstigen Metallen. Mit Hilfe mechanischer In-situ-Tests werden wir eine signifikante, reversible Veränderung der Steifigkeit und Festigkeit von nanoporösen Metallen während der RME nachweisen. Diese Studie wird sich zudem auch auf hierarchische nanoporöse Architekturen mit doppelskaliger Porosität erstrecken, um das Zusammenspiel von Oberfläche, Massentransport, mechanischer Leistung und struktureller Integrität zu optimieren. Um die zugrunde liegenden Mechanismen aufzudecken, werden wir mechanische In-situ-Tests mit mikrostrukturellen Charakterisierungsmethoden wie Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie sowie Ultra- und Kleinwinkel-Röntgenstreuung kombinieren. Wir werden entscheidende Struktur–Eigenschaft–Funktions-Beziehungen aufklären, indem wir untersuchen, wie Merkmale wie Ligamentgröße, Beschichtungsdicke, hierarchische Porosität und Grenzflächeneigenschaften die einstellbare mechanische Reaktion beeinflussen. Letztlich zielt diese Forschung darauf ab, ein hybrides Metall-Elektrolyt-Nanomaterialsystem zu schaffen, das zu schnellen mechanischen Schaltvorgängen mit großer Amplitude fähig ist und eine neue Klasse von adaptiven Strukturmaterialien und intelligenten Geräten ermöglichen könnte. Darüber hinaus werden wir die galvanische Abscheidung als Herstellungsweg von Core-Shell nanoporösen Metall/Metall-Nanokompositen untersuchen, mit dem Ziel, die seltene Kombination aus hoher Festigkeit und Zugdehnung zu erreichen.Nanoporous metals have attracted significant attention due to their nanostructure-enabled mechanical, optical, and electrochemical properties. Of particular interest are materials with reversibly tunable macroscopic mechanical behaviors, which are essential for adaptive systems capable of responding dynamically to external stimuli. Controlled, reversible modulation of properties such as stiffness, strength, and shape is highly desirable for next-generation smart and multifunctional devices, including soft robotics and artificial muscles. In the past two decades, advances in nanoscale architecture have enabled unprecedented control over mechanical properties through surface and interface effects, facilitated by the high surface-to-volume ratios inherent in these materials. While reversible tuning of strain, namely actuation, in nanoporous metals is well established, reversible tuning of other mechanical properties remains relatively underexplored, especially beyond noble-metal systems. Prior studies have largely focused on electrochemical surface charging and hydroxide adsorption as mechanisms for tunability. This project introduces an alternative and broadly applicable approach: reversible metal electrodeposition (RME). RME offers expanded tunability and compatibility with earth-abundant, cost-effective metals. This project will employ in situ mechanical testing to demonstrate significant, reversible modulation of stiffness and strength in nanoporous metals during RME. The work will also extend to hierarchical nanoporous architectures with dual-scale porosity to optimize the interplay between surface area, mass transport, mechanical performance, and structural integrity. To uncover the underlying mechanisms, we will combine in situ mechanical testing with microstructural characterization such as scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and ultra-/small angle X-ray scattering methods. We will elucidate critical structure–property–function relationships by examining how features such as ligament size, coating thickness, hierarchical porosity, and interface characteristics influence the tunable mechanical response. Ultimately, this research aims to establish a hybrid metal–electrolyte nanomaterial system capable of rapid, large-amplitude mechanical switching that could enable a new class of adaptive structural materials and smart devices. Furthermore, we will explore electrodeposition as a fabrication pathway for core–shell nanoporous metal/metal nanocomposites, targeting the rare and valuable combination of high strength and tensile ductility.