Nanotribologie
Der Programmbereich Nanotribologie befasst sich mit den nanomechanischen Eigenschaften von Materialien. Insbesondere streben wir an, durch Experimente die mikroskopischen Mechanismen von Reibung und Verschleiß zu verstehen und für neue Materialien zu nutzen. Im Zentrum unserer Methoden steht die hochauflösende Kraftmikroskopie, in der eine sehr feine Spitze über die Materialoberfläche geführt wird. Das Mikroskop ist empfindlich genug, um dabei die Reibungskraft zu messen, die zu jedem Bruch einer einzelnen molekularen Bindung aufgebracht wird. Wir entwickeln aber auch neue experimentelle Methoden, um zum Verständnis der komplexen Welt der Reibung beizutragen. Die untersuchten Materialien umfassen Metalle und metallische Gläser, mikrostrukturierte und faserverstärkte Polymere, makromolekulare Oberflächenfunktionalisierungen, und neuartige Schmierstoffe. In allen Projekten des Programmbereichs arbeiten Doktorandinnen und Doktoranden sowie Studierende der Fachrichtung Experimentalphysik der Universität des Saarlands mit.
Kontakt
Im Bereich Nanotribologie werden die molekularen Grundlagen von Reibung, Schmierung und Verschleiß erforscht. Wir bauen dabei auf unsere Expertise in der hochauflösenden Reibungskraftmikroskopie und in der Präparation neuer Oberflächenmaterialien.
Zweidimensionale Materialien wie das Graphen oder MoS2 sind spektakulär gute Schmierstoffe. Wir untersuchen atomare Reibungsprozesse auf diesen Materialien unter Vakuumbedingungen und loten die Grenzen ihrer mechanischen Stabilität aus. Dieses Projekt wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms „2D Materials – Physics of van der Waals [hetero]structures (2DMP)” (SPP 2244) von der DFG unterstützt.
Reibung hängt empfindlich von der chemischen Struktur der Oberfläche ab, die sich mittels elektrochemischer Methoden kontrollieren lässt. Wir untersuchen die Schaltbarkeit von Reibung und Verschleiß mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie in einer elektrochemischen Zelle. Als Material stehen dabei zurzeit metallische Gläser im Fokus unseres Interesses.
Die Wirkung von flüssigen Schmiermitteln hängt entscheidend von ihren Eigenschaften unter hohen Drücken im Spalt eines gleitenden Kontakts ab. Wir untersuchen molekulare Struktur der eingeschnürten Flüssigkeiten, besonders von ionischen Flüssigkeiten, und messen die Änderung der Scherviskosität für nanometer-starke Filme.
Der Bereich Molekulare Mechanik von Biomaterialien erforscht mechanische Kräfte in biologischen Materialien, um die molekularen Mechanismen von Bioadhäsion und Mechanotransduktion besser zu verstehen und kontrollieren zu können. Als Modellsystem nutzen wir synthetische Biomaterialien, die die natürliche Umgebung von Zellen simulieren. Wir untersuchen die mechanischen Eigenschaften von biomimetischen Hydrogelen auf molekularer Skala, indem wir mit der sehr feinen Spitze des Rasterkraftmikroskops an dem molekularen Netzwerk ziehen. Außerdem nutzen wir DNA-Origami-Konstrukte als molekularen Baustein, um kraftsensitive Biomaterialien herzustellen. Zur Kraftmessung an hunderten von einzelnen Molekülen gleichzeitig entwickeln wir neue Messmethoden auf der Basis von mikrofluidischen Kanälen.
Die Wahrnehmung von Materialien durch Berührung ist ein sich schnell entwickelndes interdisziplinäres Forschungsfeld mit vielen Anwendungen in der Robotik, der Wechselwirkung Mensch-Maschine, oder auch der Textilentwicklung. Unsere Forschungsarbeiten gehen von Materialien mit genau definierter Oberflächenstruktur aus und suchen in psychophysikalischen Experimenten nach den für die haptische Wahrnehmung wesentlichen Materialparametern. Wir untersuchen insbesondere die Rolle der Hautreibung in Kontakt mit zum Beispiel Mikrofibrillen oder 3D-gedruckten Oberflächen mit zufälliger Rauigkeit. EEG-Aufzeichnungen weisen neurale Korrelate zur Reibung an der Fingerspitze nach.