Abteilung Funktionale Granulare und Komposite
Die Abteilung Funktionale Granulare und Komposite befasst sich mit Materialien in Pulver- und Faserform sowie mit deren Handhabung und den darauf basierenden Prozessen. Modellierung und Simulation ergänzen die experimentelle Arbeit im Labor als auch auf Plattformen in Schwerelosigkeit.
Granulare Materie ist definiert als eine Ansammlung von Teilchen, die groß genug sind, dass thermische Bewegungen unbedeutend werden und die Dissipation bei Kollisionen der Teilchen die Dynamik dominiert.
Das Verhalten granularer Materie ist für viele Anwendungen relevant, beispielsweise in der Pulvertechnologie. Granulare Materie dient auch als Modell für das fundamentale Verständnis von Vielteilchensystemen. Durch die Verflechtung von mikroskopischen Theorien, numerischen Simulationen und Laborexperimenten wird das makroskopische Verhalten granularer Systeme untersucht. Die Forschung konzentriert sich auf das Verständnis der makroskopischen Eigenschaften granularer Materie aus Teilchen-Teilchen-Interaktionen, Mikrogravitations- und Laborexperimenten für granulare Gase, Flüssigkeiten, und Packungen sowie Theorie und Experimente zur granularen Rheologie. Ebenso wird die numerische Simulation verwendet, um grundlegende Vorhersagen zu untersuchen und den sonst nicht zugänglichen Parameterraum zu erweitern.
Das Verständnis granularer Materie findet unmittelbar Eingang bei der Entwicklung und Herstellung von funktionalen Composite- oder Partikelwerkstoffen.
Ein F&E-Fokus liegt hierbei auf oxidkeramischen Verbundwerkstoffen (OCMC), welche als Leichtbau-Thermalschutzsysteme in Luftfahrtantrieben und wiederverwendbaren Raumfahrzeugen Anwendung finden. Auf dem Gebiet der OCMC arbeiten wir mit Pulvern welche mit modernsten Anlagen wie z.B. einer Rührwerkskugelmühle zu Dispersionen spezieller Rheologie aufbereitet und mit unterschiedlichen Verfahren zu Faser-Verbundwerkstoffen verarbeitet werden. Im Bereich der Partikelwerkstoffe beschäftigen wir uns mit oxidischen Keramikpartikeln mit hoher Temperaturstabilität und hoher Absorption von Sonnenlicht, die in konzentrierenden Solarprozessen bei Temperaturen bis 1000°C Anwendung als Absorber und Transportmedium finden. werden für Prozesse entwickelt. Durch Sonnenstrahlung auf bis 1500°C erhitzte Partikel aus Redoxkeramiken ermöglichen spezifische chemische Prozesse, wie z.B. die thermische Erzeugung von sogenannten solaren Brennstoffen. Nachhaltige Keramikmaterialien, welche bevorzugt aus sekundären Rohstoffquellen wir aus der Metallverhüttung stammen, werden für neue Wärmespeicher entwickelt. Ein weiteres F&E Thema ist die Verwendung von lunarem Material („Mondstaub“ bzw. „Regolith“) als Rohstoff für zukünftige, vor Ort erzeugbare relevanten Produkte für Mondmissionen bzw. deren Infrastruktur.
Ein neuer innovativer Ansatz ist der Einsatz von Quantencomputern für die Simulation von komplexen Systemen und Materialien, welchen wir im Rahmen verschiedener Projekte der DLR Quantencomputing-Initiative (QCI) verfolgen.