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Der Blick ins Innere von Werkstoffen wird immer wichtiger, um sie leistungsfähiger und effizienter zu machen und neue Materialien mit nie dagewesenen Eigenschaften entwickeln zu können. An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gibt es dazu künftig noch bessere Möglichkeiten: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert ein neuartiges Röntgenmikroskop, das Einblicke bis auf die Nanoskala gewährt.

Die erst seit Kurzem verfügbare Technologie ermöglicht es, automatisiert das Gefüge und die Struktur von Materialien und Werkstoffen zu analysieren. So können Forscher die dreidimensionale Beschaffenheit von Materialien deutlich schneller erkennen und somit schneller von der Mikrostruktur auf die Eigenschaften der Werkstoffe rückschließen.

Damit ist die Basis geschaffen, um in nächsten Schritt mit deutlich höherem Tempo neue Materialien entwickeln zu können: Denn durch Optimierungen auf der Ebene der Mikrostruktur können Hochleistungsmaterialien mit spezifischen Eigenschaftskombinationen entstehen - mit Röntgenmikroskopie ist das deutlich zielgerichteter und genauer als bisher möglich. Die Daten aus den neuen Geräten fließen zudem in Computersimulationen ein, die dadurch ebenfalls leistungsfähiger werden und den Prozess der Entwicklung neuer Materialien, der derzeit bis zu 15 Jahre dauern kann, weiter beschleunigen.

"Ich freue mich sehr, dass die DFG unsere Forschungsgruppe ausgewählt hat. Mit dem neuen Großgerät können wir bei der zerstörungsfreien Röntgen-CT-Mikroskopie zur Aufklärung des Innersten der Werkstoffe nun bis zu 50 Nanometer Auflösung vordringen und damit in Halle die besten Auflösungen weltweit erreichen", sagt Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Lehrstuhls für Mikrostrukturbasiertes Materialdesign an der MLU. "Zugleich gibt es auch ein hohes Anwendungspotenzial: Mehr Tempo bei der Entwicklung neuer Werkstoffe wird in der Industrie dringend nachgefragt und ist zudem ein Schlüssel für mehr Ressourceneffizienz", so Wehrspohn, der auch das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle leitet.

Zu den untersuchten Materialien werden in Halle vor allem funktionelle Gläser (wie im Display von Mobiltelefonen) und Glaskeramiken (wie in Herdplatten) zählen. Mit den neuen Röntgenmikroskopen aus dem Hause ZEISS kann beispielsweise erstmals das Wachstum von Kristallen in Glaskeramik dreidimensional verfolgt und - etwa durch Anpassung der Temperatur oder anderer Prozessparameter - verändert werden. So können die Forscher das Entstehen der gewünschten Strukturen viel genauer als bisher steuern.

Das neue Röntgenmikroskop wird während 20 Prozent der Hauptnutzungszeit auch anderen wissenschaftlichen Arbeitsgruppen zur Verfügung stehen. So soll etwa am Fraunhofer IMWS eine neue Technologie zur Probenbearbeitung entwickelt werden. Auch Forscher des Otto-Schott-Instituts für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena und von anderen Hochschulen und Forschungseinrichtungen werden das Großgerät in Halle nutzen.

Insgesamt stattet die DFG im Rahmen ihrer Großgeräteinitiative sechs Universitäten in Deutschland mit neuartigen Röntgenmikroskopen im Gesamtwert von 13,4 Millionen Euro aus. Welche Forschungsgruppen den Zuschlag erhielten, entschied der Hauptausschuss der DFG auf Basis der Ergebnisse einer international besetzten Expertengruppe.