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Die Integration und Wiederverwendung von Wissen und Daten aus der Herstellung, Bearbeitung und Charakterisierung von Materialien wird im Zuge der digitalen Transformation in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie in verschiedenen Projekten behandelt. Dabei liegt der Fokus auf der Interoperabilität von Daten und Anwendungen, die nach den FAIR-Prinzipien erstellt und veröffentlicht werden. Zur Umsetzung eines komplexen Datenmanagements und der Digitalisierung im Bereich der Materialwissenschaften gewinnen Ontologien zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen sowohl menschenlesbare als auch maschinenverständliche und -interpretierbare Wissensrepräsentationen durch semantische Konzeptualisierungen.
Im Rahmen des Projektes Plattform MaterialDigital (PMD, materialdigital.de), welches in dieser Präsentation vorgestellt wird, werden Ontologien verschiedener Ebenen entwickelt (verbindende mid-level sowie Domänen-Ontologien). Die PMD-Kernontologie (PMD Core Ontology - PMDco) ist eine Ontologie der mittleren Ebene, die Verbindungen zwischen spezifischeren MSE-Anwendungsontologien und domänenneutralen Konzepten herstellt, die in bereits etablierten Ontologien höherer Ebenen (top-level Ontology) verwendet werden. Sie stellt somit einen umfassenden Satz von durch Konsensbildung in der Gemeinschaft (geteiltes Vokabular) entstanden Bausteinen grundlegender Konzepte aus der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MSE) dar. In dieser Präsentation wird die PMDco adressiert.
Weiterhin wird eine auf die PMDco bezogene normenkonforme ontologische Repräsentation zur Speicherung und Weiterverarbeitung von Zugversuchsdaten – die Tensile Test Ontology (TTO) – präsentiert, die in enger Zusammenarbeit mit dem zugehörigen DIN-Standardisierungsgremium NA 062-01-42 AA erstellt wurde. Dies umfasst den Weg von der Entwicklung einer Ontologie nach Norm, der Konvertierung von Daten aus Standardtests in das interoperable RDF-Format bis hin zur Verbindung von Ontologie und Daten. Auf Grundlage der dabei entwickelten Struktur und Vorgehensweise können weitere Materialcharakterisierungsmethoden semantisch beschrieben werden, woraus sich in diesem Zusammenhang Kooperationsmöglichkeiten ergeben.
Inspired by the ability to track atomic-scale dynamics with x-ray photon correlation spectroscopy (XPCS)1 and recent results of long-term atomistic simulations on material transport2, we reveal here an unprecedented spectrum of short- and long-term relaxation dynamics. Tracked along a 300 000 s long isotherm at 0.98Tg, a Zr-based bulk metallic glass exhibits temporal fluctuations that persist throughout the entire isotherm, demonstrating a continuous heterogeneous dynamics at the probed length scale. In concert with microsecond molecular dynamic simulations, we identify intermittent cluster dynamics as the origin for temporal signatures in the corresponding intensity cross-correlations. Despite temporally heterogeneous aging, the Kohlrausch-Williams-Watts functions is well suited to capture the average intermediate relaxation time regime, but at very long time scales an asymptotic power-law better describes the data. This indicates anomalous diffusion and gives overall strong evidence for temporal fractional diffusion in metallic glasses. We discuss these results in terms of the underlying structural fast and slow relaxation modes and their manifestation in the temporal form of the structural decorrelations.
Interlaboratory comparisons (ILCs) are an important tool for the validation of characterisation methods, and, herwith, a prerequisite for standardisation. The "Versailles Project on Advanced Materials and Standards" offers a framework for performing such ILCs: (i) TiO2 nanoparticles using ToF-SIMS, and (ii) the chemical composition of functionalized graphene using XPS. The results of both ILCs underline the importance of sample preparation for the measured results.
The BAMline at the synchrotron X-ray source BESSY II (Berlin, Germany) is supporting researchers especially in materials science [1]. As a non-destructive characterization method, synchrotron X-ray imaging, especially tomography (SXCT) with hard X-Rays, plays an important role in structural 3D characterization. The imaging capabilities allow for in-situ and operando experiments. In this presentation the equipment, data handling pipeline as well as various examples from material science are presented.
In series-connected lithium-ion cells are susceptible to an electrical safety hazard called over-discharge. Here the behavior of copper dissolution and deposition during over-discharge is presented, which leads to irreversible loss of capacity and internal short circuits. The concentration of dissolved and deposited copper is quantified. Also, a non-uniform distribution pattern of copper deposition on the cathode is shown.
The second example deals with an Al alloy 7017 customized for a 3d-printing process by means of laser-based powder bed fusion (PBF-LB) technique. These advanced alloys have a significantly higher modulus of elasticity than conventional Al alloys, making them attractive for applications requiring high stiffness. SXCT during In-situ tensile tests confirmed that fracture initiation strongly depends on defects created during printing. However, the cracks are deflected from decohesion around inclusions/precipitates embedded in the Al matrix, increasing ductility.
Low temperature cofired ceramic (LTCC) multilayer housings offer 3D-circuits for a wide range of applications in telecommunications, microsystems and sensor technology. Such housings are produced by combining structured and metallized ceramic layers using tape-casting and multilayer technology. The characterization of the integrity, deformation, defects, and positioning of the internal metal features was carried out using in-situ SXCT at up to 950°C.
A high-precision nail penetration tool was developed to characterize the mechanically induced thermal runaway (TR) of lithium-ion battery (LIB) cells in a dynamic temperature range down to -190 °C. To investigate safety-specific low-temperature transport conditions, the damaged cells were tomographically imaged during thawing.
The presentation is divided in two parts. In the first part the significance of mechanical impacts as ignition source for hydrogen containing atmospheres is shown and recent results of a research project evaluating ignition probabilities under different conditions is presented. In the second part future challenges in the field of hydrogen safety are discussed. Finally, the German National Hydrogen Safety Alliance is introduced.
Standardised methods need validation. The main validation parameters like trueness, repeatability and intermediate precision and reproducibility are presented. Furthermore, different methods for the validation are disussed: (certified) reference materials, representative testing materials and interlaboratory comparisons. At last, the need of proficiency testing is stressed.
Sunlight is an almost unavoidable environmental cue and plays a fundamental role in the biology of pro- and eukaryotic organisms. To cope with sunlight-associated stresses e.g., high temperatures, UV radiation with associated DNA damage, accumulation of reactive oxygen species (ROS), desiccation and osmotic stresses, it is important for organisms to accurately sense and respond to changes in light. The benefits of light are obvious for green organisms such as cyanobacteria, algae and plants which use light as an energy source (photosynthesis). Less apparent are other light-dependent processes such as light-driven DNA repair by photolyases (photoreactivation) or ion pumping by microbial opsins. Fungi that can share light-flooded habitats with phototrophs may profit from their excess photosynthetic products. Rock-inhabiting Dothideomycetes and Eurotiomycetes including Knufia petricola possess many proteins for absorbing UV/blue, green, red and far-red light, produce the black 1,8 dihydroxynaphthalene (DHN) melanin and orange-red carotenoids, and may live in multispecies biofilms. Here, we are addressing the question to which extent constitutive pigment formation (melanin and carotenoids) and responses mediated by the stress-activated mitogen-activated protein (MAP) kinase contribute to the observed light (UV-B) tolerance of K. petricola.
Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer spanbar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten.