Lehrstuhl für Material- und Prozesssimulation

CoTiMnSb

spino

 quasi1

 quasi2

 copolymere

 filament

Computersimulation Strukturierter Materialien

Mit Hilfe von Computersimulationen wird die Entstehung von Materialstrukturen und die Eigenschaften strukturierter Werkstoffe und Funktionsmaterialien untersucht. Komplexe Nano- und Mikrostrukturen können unter anderem in Festkörpern sowie in Kolloid- und Polymer-Systemen auftreten.

Das Spektrum der verwendeten Methoden reicht von der Ab initio-Dichtefunktionaltheorie über Monte Carlo- und Molekulardynamik-Simulationen bis zu feldbasierten Kontinuumsmethoden. Neben anwendungsbezogenen Simulationen von Funktionsmaterialien liegen Schwerpunkte auch auf der Untersuchung grundlegender Phänomene sowie der Weiterentwicklung von Simulationsverfahren.

Ein wichtiges Thema ist die Strukturbildung bei der Herstellung bestimmter thermoelektrischer Materialien. Unter anderem interessiert sich die Automobilindustrie dafür mit Thermoelektrika die Auspuffwärme in Strom für die Fahrzeugelektronik umzuwandeln. Mit Computer-simulationen untersuchen wir, wie man bei Halb-Heusler-Thermoelektrika Mikro- und Nanostrukturen erzeugt, die die Effizienz erheblich verbessern.

Quasikristalle sind ungewöhnliche Materialien, die Rotationssymmetrien zu haben scheinen, die es eigentlich gar nicht geben kann. Seit einiger Zeit lassen sich aus speziellen kugelförmigen Nanoteilchen (Mizellen mit festem Kern) Quasikristalle auf der Nanoskala herstellen. Diese kolloidalen Quasikristalle, die besonders für optische und plasmonische Materialien interessant sind, sind bisher noch wenig verstanden und werden im MPS mit Hilfe von Molekulardynamik-Simulationen untersucht.  

Intelligente Polymernetzwerke sind Materialien aus vernetzten Polymeren, deren Verknüpfungen sich durch äußere Einflüsse (wie Temperatur, Strahlung, pH-Wert) schalten lassen. Sie können als Sensoren, zur gezielten Medikamenten-Applikation oder als selbstheilende Materialien verwendet werden. Mit „selbstkonsistenten Molekülfeld-Simulationen“ untersuchen wir, wie sich Strukturen in intelligenten Copolymer-Netzwerken schalten lassen.   

Besonders interessante, gerüstartige Strukturen können entstehen, wenn das Netzwerk formstabile, stäbchenförmige Filamente enthält. Solche Netzwerke sind von biologischen Systemen abgeschaut wie dem Zytoskelett, die innerhalb der Zellmembran die Mechanik  biologischer Zellen beeinflusst. 

Webpage: www.mps.uni-bayreuth.de