Von Australien in die Schweiz und jetzt am MPIE in Deutschland

Von Makro zu Nano

28. Januar 2021
Seit April 2020 leitet Dr. James Best die Gruppe "Nano-/Mikromechanik von Materialien" und ist kommissarischer Leiter der Gruppe "Dünnschichten und nanostrukturierte Materialien" - beide Gruppen gehören der Abteilung "Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien" am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) an.

Yasmin Ahmed Salem (YAS): Nano- und Mikromechanik - warum arbeitest Du hauptsächlich auf diesen Längenskalen?

James Best (JB): Mich fasziniert es, Materialien in einer für unser bloßes Auge unsichtbaren Dimension zu untersuchen. Materialien verhalten sich auf verschiedenen Längenskalen unterschiedlich - unterhalb von 10 Mikrometern bestimmen nicht nur die Legierungszusammensetzung und die Materialstruktur deren Eigenschaften, sondern auch die Probengröße an sich. Hier spielen Defekte eine viel größere Rolle. Meine Gruppe untersucht Zusammenhänge zwischen fundamentalen Deformationsmechanismen und der Materialstruktur sowie der lokalen Chemie an den Defektstellen.
YAS: Welche Legierungssysteme untersuchst Du konkret?
Dr. James Best ist seit April 2020 am MPIE. Hier leitet er die Gruppe "Nano-/Mikromechanik von Materialien" und ist Interimsleiter der Gruppe "Dünnschichten und nanostrukturierte Materialien". Rasterelektronenmikroskope (im Bild) sind eines seiner Hauptforschungsgeräte.
JB: Ich untersuche keine spezifischen Legierungssysteme. Ich widme mich grundlegenden Fragen, wie zum Beispiel der Korngrenzenstruktur und der chemischen Zusammensetzung von Materialien, mit denen funktionale Eigenschaften wie Festigkeit oder Widerstandsfähigkeit verbunden sind. Solche Fragen sind für unterschiedliche Bereiche wichtig. Das fängt an bei der Entwicklung mechanisch stabiler Batteriesysteme für industrielle Speicheranwendungen und geht bis hin zum Design energieeffizienter Reduktionsrouten unter Verwendung von Wasserstoff anstelle von Kohlenstoff, wofür wir das Werkstoffverhalten von Eisenerzen in Hochtemperaturbereichen verstehen müssen. Die Materialverformung und das Versagen großer industrieller Systeme beginnt in der Regel auf der Mikro- und Nanometerebene, was leider oft übersehen wird. Ich habe mich intensiv während meines Postdocs an der EMPA damit beschäftigt, als ich am europäischen Projekt "ToughTools" zur Entwicklung von langlebigen industriellen Stahlschmiedewerkzeugen beteiligt war.
YAS: Das klingt nach einer Menge möglicher Forschungsprojekte. Welche Techniken nutzt Du?
JB: Meine Gruppe konzentriert sich auf kontrollierte nanomechanische in-situ Tests, die wir vorwiegend mittels Rasterelektronenmikroskopie durchführen. Dadurch können wir in Echtzeit "sehen" was passiert, wenn wir speziell entwickelte Materialgeometrien verformen. Wir können z.B. die Plastizitätsübertragung oder das Risswachstum beobachten und das direkt mit den mechanischen Daten und der Theorie in Beziehung setzen. Unsere Ergebnisse vergleichen wir mit den Resultaten unserer MPIE-Kolleginnen und Kollegen, die Transmissions-Elektronenmikroskopie und Atomsonden-Tomographie einsetzen, um Einblicke in die chemische Zusammensetzung der Proben zu gewinnen.
YAS: Ich denke mal, mögliche Anwendungen gibt es vor allem im Bereich der Elektronik für Mikrochips von Mobiltelefonen und ähnlichen Geräten. Welche Anwendungsgebiete gibt es noch?
JB: Neben Anwendungen von Dünnschichtsystemen in der Elektronik oder als Schutzschichten, konzentrieren wir uns auch auf Strukturwerkstoffe  - z.B. mikrostrukturelles Leichtbaudesign von Stählen und Magnesiumlegierungen oder additive Fertigung von High-end Legierungssystemen wie metallischen Gläsern. Das reicht von Hochtemperaturwerkstoffen für Fusionsreaktoren bis hin zu Tieftemperaturwerkstoffen für die Weltraumforschung... dazwischen ist natürlich noch vieles denkbar!
YAS: Du warst bereits in verschiedenen Ländern und Forschungseinrichtungen. Was ist denn das Besondere an der Arbeit am MPIE?
JB: Definitiv die Menschen. Alle arbeiten hier so begeistert an ihrer Forschung. Dieses Umfeld regt Diskussionen und viele neue Ansätze an, zumal die verschiedenen Gruppen und Abteilungen eng zusammenarbeiten und es keine Grenzen für wissenschaftliche Ideen gibt. Das ist wirklich super hier!
Dr. James Best studierte Chemie und Chemieingenieurwesen an der University of Melbourne (Australien), wo er 2013 auch promovierte. Seinen vierjährigen Postdoc absolvierte er an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in der Schweiz. Im Rahmen seiner Tätigkeit als leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter in der School of Mechanical and Manufacturing Engineering an der University of New South Wales (Australien) kam er 2019 an die RWTH Aachen (Deutschland). Seit 2020 arbeitet Best am MPIE.
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