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SPP 1568: Design and Generic Principles of Self-Healing Materials

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Universitätsplatz 10

06108 Halle (Saale)

http://www.spp1568.uni-jena.de/SPP+1568.html

Biologische Materialien haben sich im Laufe der Evolution zu optimierten funktionalen Systemen entwickelt. Eine der herausragenden Eigenschaften von biologischen Materialien ist ihre Fähigkeit zur Selbstheilung und zur Regeneration einer Funktion nach einem durch externe mechanische Belastungen hervorgerufenen Schadensfall. In der Natur kann die Selbstheilung entweder auf der Ebene eines einzelnen Moleküls oder auf der makroskopischen Ebene erfolgen: das Zusammenwachsen von Knochen, das Verschließen und Heilen von verletzten Blutgefäßen und Gewebe. Vom Menschen geschaffene Materialien haben im Allgemeinen nicht diese Fähigkeit zur Heilung, da alle technischen Materialien auf der Basis der 'Schadensvermeidung' und nicht des 'Schadensmanagements' entwickelt wurden und werden.
Selbstheilende Materialien bieten jedoch enorme Möglichkeiten, insbesondere für Anwendungen, bei denen eine Langzeitverlässlichkeit in schlecht zugänglichen Bereichen, z.B. Tunnel, unterirdische Infrastruktur, Hochhäuser oder Weltraumanwendungen, wichtig ist. Weiterhin sind diese Materialien ideal für Anwendungen, die besonders gefährdet für einen Schaden sind, wie z.B. Oberflächenbeschichtungen. Bisher existieren jedoch nur wenige allgemeine Strategien für die zielgerichtete Entwicklung von selbstheilenden Materialien; die bestehenden sind meist nur auf eine Materialklasse und eine bestimmte Anwendungsart fokussiert.
Ein grundlegender Ansatz zur Erforschung von allgemeinen Konzepten, der die Reparaturmechanismen und Strategien für eine allgemeine materialunabhängige Umsetzung adressiert, fehlt bisher. Daher hat das Schwerpunktprogramm die Konzeption von synthetischen selbstheilenden Materialien und die Aufklärung von allgemeinen materialunabhängigen Prinzipien (z.B. die Abfolge von Rissentstehung und -ausbreitung, Mobilität und Transport von Material, Zusammenwachsen von Grenzflächen und die Immobilisierung des transportierten Materials) zum Ziel. Unter Berücksichtigung des intrinsischen Charakters von jeder Materialklasse werden allgemeine Ansätze zur Selbstheilung entwickelt, getestet und schließlich in neue Materialen implementiert.
Die Vision des Schwerpunktprogramms ist, dass neue Materialien mit der Fähigkeit zur Selbstheilung den Zugang zu neuen Feldern für Anwendungen im Bereich der biomedizinischen Implantate, von Metallen und Keramiken im Ultraleichtbau sowie im Bereich von Hochleistungspolymeren und Kompositen finden werden.

Förderung seit 2011