Magdeburg l Ein wenig Aufregung war in den vergangenen Wochen im Magdeburger Unigebäude der Materialforscher in der Großen Steinernetischstraße spürbar. Nicht alle Tage nimmt man ein Gerät in Betrieb, das zumindest für Norddeutschland einzigartig sein dürfte.

Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Halle ist geschäftsführender Leiter des Instituts für Werkstoff- und Fügetechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und sagt: „Es handelt sich um ein neues Elektronenmikroskop, das uns völlig neue Möglichkeiten zur Analyse von Werkstoffen bietet.“

Magdeburger beobachten Prozess im Stoff

Während die Magdeburger Materialwissenschaftler bisher nur die Möglichkeit hatten, Werkstoffe zu untersuchen, bevor und nachdem sie gerissen waren, können die Fachleute von der Otto-von-Guericke-Universität jetzt den gesamten Prozess im Elektronenmikroskop verfolgen. „Und wir können jetzt auch Materialien untersuchen, die bis zu 1200 Grad Celsius heiß sind und damit Vorgänge im Werkstoff bei derart hohen Temperaturen beobachten“, berichtet der Uniprofessor. In der Vergangenheit seien solche Untersuchungen in Magdeburg undenkbar gewesen.

Supermikroskop für Magdeburg

Magdeburg (ri) l Völlig neue Möglichkeiten bieten sich jetzt den Materialforschern der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg dank eines neuen 1,4 Millionen Euro teuren Elektronenmikroskops. Mit dem Gerät können die Forscher unter anderem zuschauen, wie metallische Werkstoffe reißen oder wie sie sich bei Hitze von bis zu 1200 Grad Celsius verändern.

  • Blick ins Labor mit dem neuen Elektronenmikroskop der Uni. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Blick ins Labor mit dem neuen Elektronenmikroskop der Uni. Foto: Otto-von-Guericke-Universitä...

  • Zinkoxid sieht unter dem Elektronenmikroskop so aus. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Zinkoxid sieht unter dem Elektronenmikroskop so aus. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Mag...

  • Elektronenbeugungsbild von gehärtetem Stahl. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Elektronenbeugungsbild von gehärtetem Stahl. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeb...

  • Eine weitere Mikrostruktur einer Eisenlegierung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Eine weitere Mikrostruktur einer Eisenlegierung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdebu...

  • Mikrostruktur einer Eisenlegierung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Mikrostruktur einer Eisenlegierung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut ...

  • Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Eisen-Aluminium-Beschichtung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Eisen-Aluminium-Beschichtung. Foto: Otto-von-Guericke-Uni...

  • Arbeit im Ausmaß einiger Mikrometer: Ein mittels Ionenstrahl geätztes Logo der Universität Magdeburg. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Arbeit im Ausmaß einiger Mikrometer: Ein mittels Ionenstrahl geätztes Logo der Universi...

  • Material eines Metoriten sieht als Elektronenbeugungsbild so aus. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Material eines Metoriten sieht als Elektronenbeugungsbild so aus. Foto: Otto-von-Guericke-Univers...

  • So sieht unter dem Elektronenmikroskop einen unerwünschte Pore in einem Gussstück aus.  Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    So sieht unter dem Elektronenmikroskop einen unerwünschte Pore in einem Gussstück aus. ...

  • Chemische Analyse der Zusammensetzung einer Eisen-Aluminium-Legierung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

    Chemische Analyse der Zusammensetzung einer Eisen-Aluminium-Legierung. Foto: Otto-von-Guericke-Un...

  • Blick ins Innere der von den Magdeburgern untersuchten Metallic-Lacks. Grafik: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut

    Blick ins Innere der von den Magdeburgern untersuchten Metallic-Lacks. Grafik: Otto-von-Guericke-...

  • Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Halle (v.r.), Martin Ecke und Markus Wilke diskutieren am neuen Elektronenmikroskop der Materialforscher an der Magdeburger Otto-von-Guericke-Universität die Ergebnisse einer Untersuchung. Foto: Martin Rieß

    Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Halle (v.r.), Martin Ecke und Markus Wilke diskutieren am neuen El...

Wahrlich spannend ist für Forscher, die sich mit metallischen Werkstoffen befassen, beispielsweise, wann sich aus welchen Gründen Risse im Metall bilden. Das ist ein Faktor, der mitentscheidet, ob z. B. eine Brücke oder auch ein metallisches Hüftgelenkimplantat den Belastungen standhält. „Werkstoffproben können mit der neuen Technik zusätzlich auch dreidimensional analysiert werden“, erläutert Markus Wilke, der als technischer Mitarbeiter das Elektronenmikroskop betreut.

Magdeburger untersuchen dünne Schichten

Dreidimensional bedeutet, dass von den Untersuchungsobjekten mit Hilfe eines Ionenstrahls schrittweise zwischen jeder Aufnahme hauchdünne Schichten von ca. 50 Atomen abgetragen werden. Das entspricht einem 5000stel eines feinen menschlichen Haars. Das ist die Größe eines Fußballs im Vergleich zur Länge des Spielfeldes der MDCC-Arena.

Dabei reichen die Anwendungsfälle weit über das hinaus, was für den Bau von Brücken oder Motoren von Interesse ist. Stipendiat Karsten Harnisch berichtet: „Wir haben beispielsweise auch Anknüpfungspunkte an die Entwicklung von medizinischen Produkten.“

Entwicklung medizinischer Produkte

Ein Beispiel dafür sind die Materialien für Implantate – sie müssen über Jahre den mechanischen und chemischen Belastungen im menschlichen Körper standhalten. Ein Defekt an künstlichen Knochen oder Gelenken lässt sich nicht mit einer einfachen Reparatur beheben, sondern ist eher mit einer aufwendigen weiteren Operation verbunden.

„Ein weiteres Beispiel für die Erforschung von Materialien ist die Untersuchung von Meteoriten“, berichtet Martin Ecke, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Werkstoff- und Fügetechnik arbeitet. Von Interesse ist dies beispielsweise, weil es in den Weiten des Weltalls Materialphänomene zu entdecken gibt, die unter irdischen Bedingungen nicht auftreten.

Forschen an Farben

In der alltäglichen Anwendung spielen hingegen Farben eine große Rolle. Mit ihrer Technik untersuchen die Wissenschaftler auch Lackschichten. In der 3-D-Darstellung sind die einzelnen Bestandteile des Materials zu erkennen. Thorsten Halle erläutert: „Das können beispielsweise winzig kleine Aluminiumpartikel sein, die für das typische Glitzern eines Metalliclacks verantwortlich sind.“

Das Elektronenmikroskop hat rund 1,4 Millionen Euro gekostet, hinzu kamen Kosten, um den Raum in dem Gebäude der Materialwissenschaftler herzurichten. Finanziert wurde das Gerät zur Hälfte durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und zur Hälfte durch das Land Sachsen-Anhalt.

Forschung und Ausbildung

Bei der Nutzung stehen an erster Stelle die Forschung – und dabei insbesondere die Grundlagenforschung von keramischen und metallischen Werkstoffen –, aber auch die Einbindung in die Ausbildung der Studierenden der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.

Die Materialwissenschaftler der Uni freuen sich über die Neuanschaffung und die damit verbundene Stärkung des Wissenschaftsstandorts Magdeburg. Bereits jetzt bestehen enge Zusammenarbeiten mit anderen Hochschulen und Forschungseinrichtungen im In- und Ausland, welche nun zusätzlich ausgebaut werden sollen.

Jedoch gibt es Kooperation nicht ausschließlich mit Forschungseinrichtungen, sondern auch im Rahmen gemeinschaftlicher Forschungsprojekte mit regionalen Unternehmen. Dazu gehören unter anderem das Magdeburger Institut für Lacke und Farben, das Leibniz-Institut für Neurobiologie, die Institute der Max-Planck-Gesellschaft und die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, aber auch überregionale Unternehmen und internationale Konzerne.