Mechanische Instabilitäten in molekularen, selbstähnlichen Strukturen höherer Ordnung

Viele in der Natur vorkommende hierarchisch strukturierte Materialien sind nach dem Prinzip der Selbstähnlichkeit aufgebaut. Die Nachahmung dieses Prinzips zur Entwicklung neuer molekularer Strukturen wird aufgrund moderner Syntheseverfahren immer realistischer. Der Einsatz selbstähnlicher Strukturen in nanotechnologischen Anwendungen macht es erforderlich, dass deren komplexes mechanisches Verhalten verstanden, in mathematischen Modellen abgebildet und mit Hilfe von computerunterstützten Simulationen zuverlässig vorhergesagt werden kann.

Ziel des Projektes ist es, grundlegende Erkenntnisse über die Ursache und Wirkung von mechanischen Instabilitäten in selbstähnlichen Strukturen höherer Ordnung - am Beispiel der kürzlich in der Fachwelt vorgestellten 'Super'-Kohlenstoffnanoröhrchen - zu gewinnen. Mechanische Instabilitäten, wie das Initiieren und Propagieren von Defekten oder das stabartige Knicken und schalenartige Beulen, können zum Versagen der Gesamtstruktur führen. Die Interaktion derartiger Phänomene über mehrere Hierarchieebenen hinweg soll hier eingehend untersucht werden. Da die üblicherweise auf molekularer Ebene eingesetzten atomistischen Modelle für Strukturen höherer Ordnung ineffizient sind, werden unter Ausnutzung der Selbstähnlichkeit neuartige skalenübergreifende Modelle entwickelt. Im Zuge der numerischen Umsetzung werden diese Modelle dann in den Formalismus der Finite-Element-Methode eingebettet.

Die im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse sollen wichtige Beiträge bei der Entwicklung neuartiger Bottom-up-Materialien mit hierarchisch aufgebauter Struktur liefern.