Pflanzliche Festigungsgewebe als Vorbilder f\u00fcr innovative, technische FaserverbundmaterialienPflanzen haben sich im Laufe der Evolution verschiedene Lebensr\u00e4ume erschlossen und sich dabei an die jeweiligen Umweltbedingungen angepasst. Die Struktur und die Eigenschaften der pflanzlichen Materialien sind daher Ausdruck einer physiologischen und mechanischen Funktionsoptimierung. Mechanischen Belastungen wird durch die strukturoptimierte Anordnung von Festigungsgeweben und ihre Einbindung in das pflanzliche Grundgewebe widerstanden. Diese Strukturen bieten durch ihrem Aufbau und ihren mechanischen Eigenschaften eine F\u00fclle interessanter Anregungen f\u00fcr einen bionischen Ansatz zur Entwicklung innovativer Werkstoffe. Der bionische Arbeitsprozess ? wie er in der Freiburger Plant Biomechanics Group umgesetzt wird ? beinhaltet zu Anfang die umfassende Untersuchung eines biologischen Systems, um die Prinzipien seines Aufbaus und seiner Funktion zu charakterisieren und zu verstehen. Der n\u00e4chste Schritt ist die Abstraktion und Losl\u00f6sung von diesem biologischen System und eine erste \u00dcbertragung auf technische Materialien, die zun\u00e4chst im Laborma\u00dfstab hergestellt werden. \u00dcbergeordnetes Ziel ist die Markteinf\u00fchrung eines bionisch inspirierten Produktes, welches in Zusammenarbeit mit kooperierenden Firmen erfolgen soll.Der Aufbau von Pflanzenachsen kann auf mehreren hierarchischen Strukturebenen als Verbundstruktur aufgefasst werden. Die Festigungsgewebe bestehen zumeist aus verholzten, dickwandigen Faserzellen (Sklerenchym) und sind in eine Matrix aus Grundgewebe (Parenchym) eingebettet. Diese Grundgewebe besteht zumeist aus unverholzten, d\u00fcnnwandigen und isodiametrischen Zellen besteht. Bei Pflanzen lassen sich bei raschen Lastwechseln, wie beispielsweise durch Windb\u00f6en verursacht, gute D\u00e4mpfungseigenschaften beobachten. Diese Eigenschaften werden u. a. durch die Ausbildung eines graduellen \u00dcbergangs zwischen den Fasern des Festigungsgewebes (Sklerenchym) und der Matrix (Parenchym) erm\u00f6glicht. Bei dem graduellen \u00dcbergang zwischen verholzten, dickwandigen, stabilen Faserzellen und unverholzten, d\u00fcnnwandigen Parenchymzellen handelt es sich um die \u00dcberlagerung mehrerer einzelner Gradienten. Es liegen hier u. a. eine kontinuierliche Ver\u00e4nderung der Zellgr\u00f6\u00dfe, der Zellwanddicke, aber auch Ver\u00e4nderungen in der Zellwandultrastruktur und deren chemischer Zusammensetzung vor. Die Kombination dieser einzelnen Gradienten bestimmt die funktionellen Eigenschaften des Gewebes. Gradienten auf mehreren Strukturebenen erm\u00f6glichen bei raschen Lastwechseln eine gute Energiedissipation aufgrund hoher innerer Reibung. Kritische Scherspannungen, die zu einer Losl\u00f6sung der Festigungsgewebe aus der Matrix f\u00fchren k\u00f6nnen, werden weitestgehend vermieden. In technischen Faserverbundwerkstoffen werden Fasern hoher Steifigkeit (z. B. Glas- oder Kohlefasern) in eine weichere Matrix (zumeist aus Kunstharzen) eingebettet. Aufgrund der abrupten Steifigkeits\u00fcberg\u00e4nge zwischen Faser und Matrix treten bei technischen Werkstoffen bei raschen Belastungs\u00e4nderungen am Interface zwischen den Materialien hohe Scherspannungen auf. Diese k\u00f6nnen eine Trennung der beiden Komponenten und damit eine weitgehende Zerst\u00f6rung des Werkstoffs bewirken.Im Rahmen dieser ?bionisch? inspirierten Doktorarbeit sollen die graduellen \u00dcberg\u00e4nge zwischen Festigungsgewebe und Parenchym bei Achsen von vier Palmenarten und zwei Sauergrasarten untersucht werden. Die Charakterisierung soll auf verschiedenen Strukturebenen des pflanzlichen Materials erfolgen. Auf Achsenebene, Gewebe- und Zellebene sollen strukturelle und mechanische Eigenschaften von Gewebe und Einzelzellen analysiert werden. Weiterhin erfolgen Untersuchungen zur Ultrastruktur der Zellwand und biochemische Analysen, um den jeweiligen Zellwandaufbau der Zellen entlang der verschiedenen Gradienten aufzukl\u00e4ren. Ziel ist es, durch diese umfassende und interdisziplin\u00e4re Herangehensweise ein Verst\u00e4ndnis des Gradientenprinzips auf den jeweiligen hierarchischen Strukturebenen zu gewinnen. Nach einer notwendigen Abstraktion und Losl\u00f6sung von diesem biologischen System sollen in Zusammenarbeit mit Ingenieuren bionisch inspirierte Faserverbundwerkstoffe im Laborma\u00dfstab hergestellt werden. Solche innovativen technischen Materialien sollen sich aufgrund der Strukturoptimierung durch hohe Qualit\u00e4t und Lebensdauer bei gleichzeitig niedrigem Materialverbrauch auszeichnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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