Forschung

SRF AMICA fungiert als Katalysator für gemeinsame Forschungsinitiativen zu interdisziplinären Forschungsfragen

Der SRF AMICA fungiert als Katalysator für gemeinsame Forschungsinitiativen zu interdisziplinären Forschungsfragen und Methodenentwicklungen und wirkt unterstützend durch State of the Art-Infrastruktur und methodischer Expertise. Mit der Bündelung von instrumenteller, methodischer und fachlicher Expertise verschiedener zu bio-/materialwissenschaftlichen Fragestellungen und Charakterisierungsmethoden forschenden Wissenschaftler*innen der Universität Stuttgart stärkt AMICA die interdisziplinäre Zusammenarbeit und die interfakultative Vernetzung.

Die Herausforderungen der Zukunft in Bezug auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung in allen industriellen Bereichen erfordern immer komplexer werdende Technologien bei der Herstellung von Bauteilen und Infrastruktur. Zentrales Schlüsselelement ist der Einsatz anwendungsspezifisch optimierter Werkstoffe. Eine umfassende Charakterisierung von Werkstoffeigenschaften auf unterschiedlichen Größenskalen ist eine grundlegende Voraussetzung für das Verständnis des Werkstoffverhaltens unter den zu erwartenden Beanspruchungen, insbesondere bei komplexen Systemen wie Funktionswerkstoffen, Verbundwerkstoffen und Biomaterialien. Um die Wechselwirkungen innerhalb des Materials und zwischen verschiedenen Materialien grundlegend zu klären, sind die Charakterisierung und Visualisierung von Eigenschaften und die rechnerische Bewertung auf unterschiedlichen Größenskalen essenziell.

AMICA Mitglieder

Prof. Dr. rer. nat. Martin Dressel (1. Physikalisches Institut)

3He-4He-Mischungskryostat

Prof. Dr. rer. nat. Martin Dressel

Das 1. Physikalische Institut der Universität Stuttgart befasst sich mit der Erforschung, der Beschreibung und dem Verständnis neuartiger Materialien mit interessanten elektronischen, magnetischen und optischen Eigenschaften. Wir konzentrieren uns beispielsweise auf Systeme, bei denen elektronische Korrelationen, d.h. die Wechselwirkungen der Elektronen untereinander einen wichtigen Einfluss haben. Ein Ziel ist es, Materie auf der molekularen und strukturellen Ebene derart maßschneidert herzustellen, dass wir gewisse Eigenschaften und Funktionen erhalten, die langfristig zu gewünschten Anwendungen führen. Hierzu pflegen wir eine enge Kooperation mit Kollegen der Chemie, der Materialwissenschaften, der exerpimentellen und theoretischen Physik aus aller Welt. Hierbei nutzen und verbessern wir unterschiedliche spektroskopische Methoden, die es uns ermöglichen, die hierfür relevanten Informationen zu erhalten.

Die Themen umfassen:

Grundsätzliche Fragen zu Quantenkorrelationen in maßgescheiderter Materie, Quantenphasenübergängen, Supraleitung, Dirac- und Weyl-Halbmetalle etc.
Niederenergetische Elektrodynamik korrelierter Elektronensysteme
Wechselwirkung von Ladungs-, Spin-, orbitalen und strukturellen Freiheitsgraden, insbesondere Ladungs- und magnetische Frustration
Quanten-Spin-Flüssigkeiten, Quanten elektrische Dipole in frustrierten Geometrien
Ordnungsphänomene in niederenergetischen organischen Leitern, insbesondere Ladungsordnung und elektronische Ferroelektrizität, ladungsfluktuationsinduzierte Supraleitung
Optische Eigenschaften von Nanostrukturen

1. Physikalisches Institut

apl. Prof. Dr. rer. nat. Frank Kern (Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile)

Prof. Dr. rer. nat. Frank Kern

Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile

Prof. Dr. Dr. h.c Guido Schmitz (Institut für Materialwissenschaft – Materialphysik)

Prof. Dr. Dr. h.c Guido Schmitz

Institut für Materialwissenschaft - Materialphysik

Prof. Dr.-Ing. Sven Simon (Institut für Technische Informatik)

Beton

Prof. Dr.-Ing. Sven Simon

Das Abteilung Computational Imaging Systems befasst sich seit Jahren mit der Computertomographie zur Materialanalyse und der Extraktion von Simulationsmodellen für unterschiedlichste Anwendungsfragestellungen. Für die aufgenommenen 3D Voxel-Daten wird applikationsspezifische Software, wie zum Beispiel eine Software zur Auflösungserhöhung mittels Rekonstruktion, die von dem Institut entwickelt und als Patenanmeldung beim Deutschen Patent und Markenamt eingereicht wurde, verwendet. Zukünftig soll Rekonstuktions-Software entstehen, die zur erhöhten Kontrast und Pixel-Auflösung beiträgt.

Institut für Technische Informatik, Computational Imaging Systems

Prof. Dr.-Ing. Holger Steeb (Institut für Mechanik (Bauwesen))

Poröse Medien

Prof. Dr.-Ing. Holger Steeb

Am Institut für Mechanik im Bauwesen werden u. a. gekoppelte hydro-chemo-mechanische Phänomene in porösen Medien auf unterschiedlichen Skalen untersucht. Auf der makroskopischen Skala werden Modelle zur Beschreibung des realitätsnahen Dämpfungsverhaltens auf Basis der Mischungstheorie bzw. der thermodynamisch abgesicherten Theorie Poröser Medien entwickelt sowie dynamische Wellenausbreitungsphänomene in zwei- und dreiphasigen poroelastischen Medien untersucht. Insbesondere die Berücksichtigung mesoskopischer Heterogenitäten, Teilsättigungsaspekte und die Druckdiffusion in Rissen mit großem Aspektverhältnis stehen dabei im Fokus der Untersuchungen. Im Rahmen numerischer Homogenisierungsmethoden werden dabei neue mehrskalenbasierte Modelle auf der Basis einer erweiterten Hill-Mandel Bedingung entwickelt. Die numerische Umsetzung dieser Modelle erfolgt im Rahmen stark-gekoppelter Finite Elemente Methoden. Experimentelle Untersuchungen der Ultraschallausbreitung in trockenen und gesättigten granularen Medien sowie in teilgesättigten Speichergesteinen unter mehrachsigen Spannungszuständen ergänzen die theoretischen und numerischen Arbeiten. Porenraumaufgelöste viskoelastische Wellenausbreitungssimulationen auf der Basis von Realdaten (µ CT-Daten von Speichergesteinen und hochporösen Schäumen) zur Identifikation höherer Wellenmoden ergänzen diese Untersuchungen. In der Arbeitsgruppe steht ein "offener" hochauflösender Röntgentomograph (Auflösung bis ca. 10-6 m/Voxel) zur Charakterisierung von Proben zur Verfügung. Dies erlaubt die "in-Situ" Durchführung von physikalischen Experimenten im Röntgentomographen. Im Rahmen von Untersuchungen an Synchrotroneinrichtungen wurden darüber hinaus komplexe Strömungsprozesse (Mehrphasenströmungen) in Sandsteinen untersucht. Eine röntgentransparente Hochdruckzelle, die bis zu einem Zelldruck von ca. 20 MPa und für Temperaturen bis 250°C verwendet werden kann, wurde entwickelt und steht ebenfalls für Untersuchungen zur Verfügung.

Institut für Mechanik (Bauwesen)

Prof. Dr.-Ing. Stefan Weihe (Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre & Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart)

Stress Corrosion Crack

Prof. Dr.-Ing. Stefan Weihe

An MPA und IMWF ist die Verknüpfung von mehrskaligen rechnerischen und experimentellen Methoden bereits in den Bereichen Mikrostrukturmechanik und Lebensdaueranalysen für metallische Werkstoffe etabliert. Innerhalb des geplanten Stuttgart Research Focus soll dieses Konzept interdisziplinär weiter vorangetrieben werden. Über die gemeinsame Nutzung der Infrastruktur und die damit verbundene enge Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus unterschiedlichen Forschungsdisziplinen werden neue Brücken geschaffen, die den Austausch von Ideen und Erfahrungen fördern. Durch diesen intensiven fachlichen Austausch über die vielfältigen Aufgabenstellungen, Herangehensweisen und Methoden entsteht ein wirkungsvoller Innovationsmotor für die Forschung und Entwicklung der Universität Stuttgart und ihrer Kooperationspartner.

Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart

Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre

Prof. Dr. rer. nat. Ingrid Weiß (Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme)

Biomaterialien

Prof. Dr. rer. nat. Ingrid Weiß

Am IBBS (Institut für Biomaterialien und Biomolekulare Systeme) sowie im fakultätsübergreifenden Netzwerk "Projekthaus NanoBioMater" der Universität Stuttgart werden selbstassemblierende und hierarchische Materialien für deren Anwendung in Technik und Biologie erforscht, wobei biologische Grenzflächen zukünftig noch stärker in den Fokus rücken werden. Biomechanik auf allen Längenskalen, Multifunktionalität und sogenannte "Hard/Soft-Interfaces" bilden den gemeinsamen Nenner für aktuelle Fragestellungen der technisch ausgerichteten Biologie und den Materialwissenschaften. Neue methodische Entwicklungen zur hochaufgelösten Strukturuntersuchung wässriger Systeme, fest - flüssig - gasförmig, beschleunigen den derzeit rasanten Wissenszuwachs auf allen Gebieten der Biomaterialien. Im SRF sollen deshalb zwei komplementäre Rasterelektronenmikroskopische Methoden für wasserhaltige, organische Proben sowie das spezielle wissenschaftliche Know-how zur Probenvorbereitung biologischer Materialien zur Verfügung gestellt werden, um biologische Grenzflächen und deren dynamisches Verhalten gegenüber harten Materialien unter realen Umgebungsbedingungen, vom Molekül bis zum Organismus bzw. in Bauteilen, wie z. B. Biosensoren, unkompliziert und mit hoher Ortsauflösung hinsichtlich Textur und Elementzusammensetzung umfassend zu charakterisieren. Zudem wird biomaterial-spezifische Beratung angeboten, von der Präparation bis zur Datenanalyse, als solide Ausgangsbasis für Simulationen der Multifunktionalität oder der sowohl für biomedizinische als auch technische Anwendungen erforderlichen Langzeitstabilität biobasierter Systeme.

Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme

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