SPP 1568:  Design and Generic Principles of Self-Healing Materials

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Bauwesen und Architektur ; Chemie ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Medizin ; Physik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172542336

Biologische Materialien haben sich im Laufe der Evolution zu optimierten funktionalen Systemen entwickelt. Eine der herausragenden Eigenschaften von biologischen Materialien ist ihre Fähigkeit zur Selbstheilung und zur Regeneration einer Funktion nach einem durch externe mechanische Belastungen hervorgerufenen Schadensfall. In der Natur kann die Selbstheilung entweder auf der Ebene eines einzelnen Moleküls oder auf der makroskopischen Ebene erfolgen: das Zusammenwachsen von Knochen, das Verschließen und Heilen von verletzten Blutgefäßen und Gewebe. Vom Menschen geschaffene Materialien haben im Allgemeinen nicht diese Fähigkeit zur Heilung, da alle technischen Materialien auf der Basis der 'Schadensvermeidung' und nicht des 'Schadensmanagements' entwickelt wurden und werden.
Selbstheilende Materialien bieten jedoch enorme Möglichkeiten, insbesondere für Anwendungen, bei denen eine Langzeitverlässlichkeit in schlecht zugänglichen Bereichen, z.B. Tunnel, unterirdische Infrastruktur, Hochhäuser oder Weltraumanwendungen, wichtig ist. Weiterhin sind diese Materialien ideal für Anwendungen, die besonders gefährdet für einen Schaden sind, wie z.B. Oberflächenbeschichtungen. Bisher existieren jedoch nur wenige allgemeine Strategien für die zielgerichtete Entwicklung von selbstheilenden Materialien; die bestehenden sind meist nur auf eine Materialklasse und eine bestimmte Anwendungsart fokussiert.
Ein grundlegender Ansatz zur Erforschung von allgemeinen Konzepten, der die Reparaturmechanismen und Strategien für eine allgemeine materialunabhängige Umsetzung adressiert, fehlt bisher. Daher hat das Schwerpunktprogramm die Konzeption von synthetischen selbstheilenden Materialien und die Aufklärung von allgemeinen materialunabhängigen Prinzipien (z.B. die Abfolge von Rissentstehung und -ausbreitung, Mobilität und Transport von Material, Zusammenwachsen von Grenzflächen und die Immobilisierung des transportierten Materials) zum Ziel. Unter Berücksichtigung des intrinsischen Charakters von jeder Materialklasse werden allgemeine Ansätze zur Selbstheilung entwickelt, getestet und schließlich in neue Materialen implementiert.
Die Vision des Schwerpunktprogramms ist, dass neue Materialien mit der Fähigkeit zur Selbstheilung den Zugang zu neuen Feldern für Anwendungen im Bereich der biomedizinischen Implantate, von Metallen und Keramiken im Ultraleichtbau sowie im Bereich von Hochleistungspolymeren und Kompositen finden werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien, Niederlande, Österreich

Projekte

• Activation of Self-healing Processes in Ionomeric Elastomers by Local Heating (Antragstellerin Schmidt, Annette M. )
• Auf dem Weg zu selbstheilenden Metallen durch optimal verteilte Ti-Ni Formgedächtnis-Nanopartikel (Antragsteller Grabowski, Blazej ;  Springer, Hauke )
• Coordination and administration of the priority programme "Design and Generic Principles of Self-healing Materials" (SPP 1568) (Antragsteller Schubert, Ulrich S. )
• Ein Modell für selbstheilende anisotrope Komposite (Antragsteller Bluhm, Joachim ;  Schröder, Jörg )
• Fundamentale Untersuchung der Rolle der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Triggersignals, der Freisetzungsrate der aktiven Agenzien und ihrer Transportrate für die optimale Selbstheilung in extrinsisch selbstheilenden Materialen (Antragsteller Crespy, Daniel ;  Rohwerder, Michael )
• Heapocrates: Healing Polymers for preventing Corrosion of Metallic Systems (Antragsteller Crespy, Daniel ;  Rohwerder, Michael )
• Knowledge based design of crack and erosion damage healing nanolaminates (Antragsteller Leyens, Christoph ;  Schneider, Ph.D., Jochen M. ;  Sloof, Wim G. )
• Mechanismen der Rissheilung in reaktiven MAX Phasen Composit Keramiken (Antragsteller Greil, Peter )
• Microscopic understanding of the structure and dynamics of self-healing macromolecules (Antragsteller Pyckhout-Hintzen, Wim )
• NMR-Untersuchungen von Selbstheilungsprozessen in supramolekularen Elastomeren (Antragsteller Saalwächter, Kay )
• Protein metal complexes as reversible sacrificial bonds in self-healing biopolymers (Antragsteller Harrington, Matthew )
• Selbstheilende Blockcopolymerfilme - mechanistische Untersuchungen und Anwendung als Beschichtungen und Membranen (Antragsteller Schacher, Felix H. )
• Selbstheilende Elastomere basierend auf Brombutylkautschuk mit reversibel wechselwirkenden Gruppen (Antragsteller Böhme, Frank ;  Heinrich, Gert )
• Selbstheilende mechanochemische und supramolekulare Polymere (Antragsteller Binder, Wolfgang )
• Selbstheilende Metallopolymere: Vom biologischen Modell bis zu synthetischen Materialien (Antragsteller Harrington, Matthew ;  Schubert, Ulrich S. )
• Selbstheilung in konjugierten Polymeren - Synthese, mechanistische Studien und photophysikalische Eigenschaften (Antragsteller Dietzek-Ivansic, Benjamin ;  Hager, Martin )
• Selbstheilung nach dem Vorbild der Natur: Exozytose-artige Wiederherstellung der morphologischen und optischen Eigenschaften von Membranen und Grenzflächen aus selbst-angeordneten Fluorophoren (Antragsteller Presselt, Martin )
• Selbstheilung schadenstoleranter Calciumphosphat-Zemente (Antragsteller Gbureck, Uwe ;  Müller, Frank. A. )
• Self-healing coatings by reversible crosslinking: Mechanistic investigations of defined model systems on the molecular level using linear and non-linear Raman microspectroscopy (Antragsteller Schubert, Ulrich S. )
• Synthesis and properties of self-healing polymers and nanocomposites derived from cellulose (Antragsteller Kickelbick, Guido ;  Stommel, Markus ;  Wenz, Gerhard )
• Tailoring of self-healing behavior and dimensional stability of rubber materials (Antragsteller Böhme, Frank )
• Verbessertes Heilungspotential von Polymeren mit zwei reversiblen nicht-kovalenten Wechselwirkungen: Zusammenhang zwischen molekularer Reversibilität und der makroskopischen Heilung (Antragsteller Popp, Jürgen ;  Schubert, Ulrich S. ;  van der Zwaag, Sybrand )

• Sprecher: Professor Dr. Ulrich S. Schubert