Vision des SFB1394

Strukturelle und chemische atomare Komplexität -von Defektphasendiagrammen zu Materialeigenschaften

  • Schaffen: quantitative Beschreibung von Struktur + Chemie + Thermodynamik von Defekten
  • Etablieren: direkte Verbindungen zwischen Mechanik und Korrosion bei der Materialkonstruktion
  • Vorreiter sein: Paradigmenwechsel bei der Beschreibung metallischer Werkstoffe

Die Konstruktion neuer metallischer Werkstoffe ist von wesentlicher Bedeutung, um das Versprechen neuer und verbesserter Schlüsseltechnologien einzulösen - von der effizienten Energieumwandlung über den leichten Transport bis hin zu sicheren medizinischen Geräten. In den letzten Jahrzehnten haben sich zwei werkstoffphysikalische Ansätze bei der Konstruktion neuer metallischer Werkstoffe als immens erfolgreich erwiesen: Erstens hat die thermodynamische Beschreibung kristalliner Phasen es den Werkstoffwissenschaftlern und -ingenieuren ermöglicht, Legierungen maßzuschneidern und zu verarbeiten, um eine gewünschte innere Struktur im Mikromaßstab zu erhalten. Zweitens hat ein besseres Verständnis und die Manipulation der Kristalldefekte, die die Festigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials bestimmen, zur Entwicklung neuer Legierungs- und Verarbeitungskonzepte geführt, die einige der fortschrittlichsten Hochleistungslegierungen ermöglichen, die heute in Betrieb sind. Bis heute sind diese beiden Konzepte jedoch im Wesentlichen voneinander entkoppelt.

Die Vision dieses SFB ist es, die Trennung zwischen diesen bestehenden und leistungsstarken Ansätzen zu überbrücken, indem sie in einem neuen konzeptionellen Rahmen zusammengeführt werden, der Defekte und ihre thermodynamische Stabilität ganzheitlich betrachtet. Folglich wird den Materialphysikern und -ingenieuren ein neues, vom atomaren Maßstab ausgehendes Konzept für den Materialentwurf zugänglich sein, das gemeinsam die lokale kristalline Struktur von Defekten (strukturelle Komplexität), die atomare Verteilung jedes Elements auf die verschiedenen Arten von Phasen und Defekten (chemische Komplexität) und die Stabilität von Defekten unter den gegebenen Bedingungen wie Massezusammensetzung, Temperatur und angelegte Spannung oder Elektrodenpotential berücksichtigt. Diese werden durch Defektphasendiagramme verknüpft, die den Übergang zwischen und die Koexistenz von Defektphasen beschreiben.

Diese strukturelle und chemische Komplexität auf atomarer Ebene existiert natürlich in allen Materialien. Der SFB wird neue quantitative Deskriptoren für die lokale Struktur und Chemie von Defekten liefern, die die Volumeneigenschaften von Materialien bestimmen. Wir glauben, dass dies einen Paradigmenwechsel in der physikalischen Beschreibung von metallischen Werkstoffen bewirken wird und einen leistungsfähigen Werkzeugkasten für die zukünftige Konstruktion von technischen Werkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften sowohl in Bezug auf das mechanische als auch das Korrosionsverhalten bieten wird.