Massive Hochleistungs Nanomaterialien

Das Forschungsnetzwerk High-Performance Bulk Nanocrystalline Materials – Physics of Synthesis and Properties hat ein vertieftes Verständnis der Herstellungsprozesse und der daraus resultierenden spezifischen physikalischen
Eigenschaften dieser neuartigen, massiven nanokristallinen Materialien zum Ziel. Nanokristalline Materialien konnten ursprünglich nur im Submillimeterbereich durch „bottom-up“ Methoden (z.B. Konsolidierung nanokristalliner Pulver) hergestellt werden. Neuere Entwicklungen der Methoden der “Severe Plastic Deformation“ (SPD) erlauben es nun auch, massive nanokristalline Materialien bis zu Abmessungen von 100 mm herzustellen, die im Gegensatz zu den konsolidierten Materialien vollständig dicht sind. Diese durch SPD hergestellten massiven nanokristallinen Materialien besitzen verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu anders hergestellten nanokristallinen Materialien. Das Verständnis der zugrundeliegenden atomistischen Prozesse ist jedoch noch gering bzw. wird kontrovers diskutiert. Funktionale Aspekte dieser neuen Materialien, wie magnetische und elektronische Eigenschaften, wurden bisher kaum untersucht.
Ein Ziel des Forschungsnetzwerkes ist einerseits ein umfassendes Verständnis spezifischer mechanischer Eigenschaften von mit SPD-Methoden hergestellten Nanomaterialien in Verbindung mit einer detaillierten Analyse der Verformungsprozesse, die für die Strukturverfeinerung verantwortlich sind. Grundlage hierfür ist die im vorliegenden Forschungsnetzwerk gegebene enge Kooperation einander ergänzender Arbeitsgruppen, die das notwendige Spektrum an Expertisen (u.a. Materialsynthese und state-of-the-art atomare Charakterisierung, Plastizität und Modellierung) einbringen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung massiver nanokristalliner Materialien mit funktionellen Eigenschaften. Eine Schlüsselfrage hierbei ist, ob sich die exzellenten weich- und hartmagnetischen Eigenschaften, die für nanokristalline Materialien typisch sind, auch mit SPD-Methoden erreichen lassen. Weiters soll untersucht werden, inwieweit sich die Anwendung von SPD auf magnetostriktive
Eigenschaften bzw. magnetische Formgedächtniseffekte auswirken, und wie durch Manipulation von Grenzflächenladung Materialien mit durchstimmbaren Eigenschaften hergestellt werden können. Diese Arbeiten werden durch methodische Entwicklungen im Bereich der magnetischen Charakterisierung nanostrukturierter Materialien unterstützt. Obwohl der Schwerpunkt auf SPD-Nanomaterialien liegt, werden auch alternative Herstellunsgprozesse eingesetzt, entweder zu Vergleichszwecken oder wenn methodenspezifische Eigenschaften benötigt werden.
Im Netzwerk arbeiten anerkannte österreichische Gruppen mit, die sich mit ihren methodischen Expertisen und Erfahrungen im Bereich nanokristalliner Materialien ideal ergänzen. Eine enge Zusammenarbeit mit international renommierten Partnern ist vorgesehen. Die in der ersten Förderperiode gewonnenen grundlagenorientierten Kenntnisse sollen in einem zweiten Abschnitt zur Optimierung und Entwicklung maßgeschneiderter massiver Nanomaterialien genutzt werden.