Materialwissenschaften
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS)
Unsere Arbeit fokussiert sich auf die theoretische Charakterisierung der interatomaren Wechselwirkung und die Anwendung von Modellen der interatomaren Wechselwirkung in atomistischen Simulationen.
Ziel ist es, mit diesen Simulationen ein verbessertes Verständnis atomarer Eigenschaften von Materialien zu erreichen und dieses Verständnis für das Design von neuen, verbesserten Materialien einzusetzen. Aktuelle Beispiele sind Simulationen für die Verbesserung von Hochtemperaturlegierungen, wie sie in Flugzeugturbinen zum Einsatz kommen, die atomistische Modellierung von Stahl, dabei insbesondere die Versprödung moderner höchstfester Stähle, sowie die Modellierung von Materialien für die Spin-Elektronik, thermoelektrische Materialien für die Rückgewinnung von elektrischer Energie aus Abwärme, etc.
Der Lehrstuhl ist eingebettet in das Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS), welches sich mit der Modellierung und Simulation von Materialien über alle Längenskalen – vom Elektron zum Bauteil – befasst.
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS)
Phasentransformationen spielen, neben Ihrer grundlegenden Bedeutung für die Physik kondensierter Materie, eine wichtige Rolle in allen Bereichen der Materialphysik. Sie bestimmen die Mikrostruktur der Materialien und damit deren mechanische und funktionelle Eigenschaften. Die Forschung des Lehrstuhles ist auf die mesoskopische Skala heterogener Mikrostrukturen fokussiert.Wir entwickeln theoretische Werkzeuge, um konstitutive Gesetze der Mikrostrukturentwicklung in verschiedenen Stadien zu untersuchen. In einem skalenübergreifenden Ansatz verbinden wir „first-principles“ Berechnungen der Phasenstabilität mit Transportprozessen in der Mikrostruktur, um auf die makroskopischen und funktionellen Eigenschaften der Materialien zu schließen.
Institut für Materialphysik im Weltraum - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Das Institut für Materialphysik im Weltraum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln-Porz erforscht Eigenschaften von Schmelzen und ihre Erstarrung auf allen Längenskalen mit theoretischen und experimentellen Methoden. Ziel ist es, die Eigenschaften von Werkstoffen aus dieser Kenntnis vorherzusagen und somit Materialdesign aus der Schmelze zu ermöglichen. Durch vergleichende Experimente im Weltraum und auf der Erde werden schwerkraftgetriebene Phänomene, wie Konvektion, Sedimentation und Auftrieb der experimentellen Bestimmung zugänglich, eine Voraussetzung für die Entwicklung physikalischer Modelle zur quantitativen Beschreibung von Erstarrungsvorgängen.
Skalenüberbrückende Simulation von funktionellen Verbundwerkstoffen (ICAMS)
Das Ziel der Gruppe ist das Design von ferroelektrischen Kompositen mit überlegenen funktionellen Eigenschaften. Gleichzeitig optimieren wir mehrere Reaktionen mit hoher technologischer Bedeutung für die Gewinnung elektrischer Energie aus Temperaturschwankungen oder Stress und Kühlung durch den elektrokalorischen Effekt. Unser Ansatz ist die skalenübergreifende Optimierung von Verbundsystemen mit unterschiedlichen Morphologien: Übergitter, Säulen und Einschlüsse, die die Vorteile der Materialwahl, kontrollierte Inhomogenitäten, Domänenstruktur und Randbedingungen an den Grenzflächen kombinieren. Unsere Methoden sind skalenüberbrückende Simulationen basierend auf Ab-initio-Parametrisierung mit hoher Vorhersagekraft, die es uns ermöglichen, die Eigenschaften von Materialsystemen grundlegend zu verstehen und zu entwerfen.