Forschung
Forschungsschwerpunkt
Das Fachgebiet für Granularität werkstofftechnischer Strukturinformation (GWS) an der Universität Kassel steht an der Spitze der Entwicklung hochleistungsfähiger metallischer Werkstoffe durch ein tiefes Verständnis der Beziehung zwischen Prozess, Mikrostruktur und Eigenschaften. Unsere Forschung nutzt Multiskalen-Charakterisierungstechniken, um Materialien vom Mikrometer- bis zum Atommaßstab zu entwickeln, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung mechanischer Eigenschaften, Haltbarkeit und Nachhaltigkeit für verschiedene industrielle Anwendungen liegt.
Ein zentraler Pfeiler unserer Arbeit ist die Entwicklung nachhaltiger metallischer Werkstoffe, die darauf abzielen, die Umweltbelastung durch verbesserte Recyclingfähigkeit, reduzierte Energieverbrauch und verlängerte Lebensdauer zu minimieren. Darüber hinaus sind wir Vorreiter in der Forschung zur Wasserstoffversprödung, einer kritischen Herausforderung für die Wasserstoffenergieindustrie, um wasserstoffbeständige metallische Werkstoffe zu schaffen. Diese Bemühungen sind entscheidend für die sichere Einführung von Wasserstoff als sauberem Energieträger und stehen im Einklang mit unserem Engagement, zu einer nachhaltigen Energiezukunft beizutragen.
Durch die Integration von Fortschritten in nachhaltigen Materialien und die Bewältigung zentraler Herausforderungen in Wasserstoffenergieanwendungen widmet sich unsere GWS der Bereitstellung innovativer Materialien für eine nachhaltigere Welt.
Forschungsbereich
Die Forschungsgruppe spezialisiert sich auf die Entwicklung nanostrukturierter metallischer Materialien durch die Kombination von Simulationswerkzeugen und experimentellen Ansätzen. Mit dem Ziel, die Materialentwicklung voranzutreiben, liegt der Fokus auf der Erreichung überlegener mechanischer Eigenschaften bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten und Gasemissionen. Durch systematische Studien der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung auf mehreren Skalen strebt die Gruppe danach, die Grenzen des Materialingenieurwesens zu erweitern, um den sich entwickelnden Anforderungen der modernen Technologie und Industrie gerecht zu werden. Das Hauptziel liegt in der Entwicklung von Materialien auf der Mikro- und Nanoskala, was zu erheblichen Verbesserungen in Festigkeit, Haltbarkeit und Formbarkeit führt und den Weg für sowohl aktuelle als auch zukünftige Anwendungen ebnet.
Ausgewählte Veröffentlichungen:
[1] W. Song: Nano-Engineering of High Strength Steels. Nature Springer, 2024.
Die Forschungsgruppe widmet sich der Nutzung fortschrittlicher Nanocharakterisierungstechnologien, um die strukturellen Informationen atomarer Strukturen und lokaler Chemie zu untersuchen, die entscheidend sind, um letztlich deren Beitrag zu den physikalischen Eigenschaften zu verstehen. Unsere eingesetzten Techniken wie Synchrotronstrahlung, Neutronenstreuung und Positronenannihilationsspektroskopie bieten eine unvergleichliche Präzision bei der Untersuchung der atomaren Strukturen und der Dynamik der Nanostrukturevolution. Die Atomsondentomographie (APT) ermöglicht eine dreidimensionale Zusammensetzungskartierung auf atomarer Ebene und damit eine detaillierte Analyse der Elementverteilungen und ihrer Auswirkungen auf die Materialeigenschaften. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und die hochauflösende TEM (HR TEM) bieten eine hochvergrößerte Bildgebung bzw. eine atomare Auflösung, wodurch Defekte, Phasengrenzen und kristallographische Strukturen sichtbar gemacht werden können. Diese fortschrittlichen Charakterisierungstechniken tragen gemeinsam zur Gestaltung und Entwicklung von Materialien mit überlegenen Eigenschaften bei, die speziell für Anwendungen in der modernen Technologie und Industrie angepasst sind.
Ausgewählte Veröffentlichungen:
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Mechanismen und Auswirkungen der Wasserstoffversprödung auf metallische Materialien, ein kritisches Problem, das die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Infrastrukturen und Hochleistungsmetallmaterialien beeinflusst. Wasserstoffversprödung führt zu vorzeitiger Sprödigkeit und Rissen und stellt erhebliche Risiken für Pipelines, Wasserstoffinfrastrukturen, Luft- und Raumfahrtkomponenten usw. dar. Durch den Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungs- und Modellierungstechniken zielen wir darauf ab, die Auswirkungen von Wasserstoff auf metallische Materialien durch neuartige mikro-/nanostrukturelle Designs zu verstehen und zu mildern. Die Bewältigung der Materialherausforderungen, die durch Wasserstoffversprödung entstehen, ist entscheidend für den nachhaltigen und sicheren Einsatz von Wasserstofftechnologien in verschiedenen industriellen Anwendungen.
Ausgewählte Veröffentlichungen:
Unsere Forschungsmission besteht darin, die Entwicklung und Implementierung nachhaltiger metallischer Materialien voranzutreiben, die den wachsenden Anforderungen an Umweltverantwortung und Ressourceneffizienz gerecht werden. Angesichts globaler Herausforderungen wie Klimawandel und Ressourcenverknappung konzentriert sich unsere Forschung auf die Entwicklung metallischer Materialien mit überlegener Leistung, reduziertem Umwelteinfluss und verbesserter Recyclingfähigkeit. Durch den Einsatz simulationsbasierter Legierungsentwicklung, umweltfreundlicher Herstellungsverfahren und Lebenszyklusanalyse zielen wir darauf ab, den ökologischen Fußabdruck und die Abhängigkeit von strategisch kritischen Elementen metallischer Materialien zu minimieren.
Ausgewählte Veröffentlichungen:
[1] U. Krupp, A. Gramlich, T. Hinrichs, W. Song, H. Springer: Cu-Tolerant High-Strength Steels for a Circular Economy. Conference: Materials Science and Engineering (MSE) Congress 2022.