NanoMECommons: Nanomechanical Characterization of Materials for Advanced Applications

Projektbeschreibung

Nanomechanik und nanomechanische Prüfungen sind zu weit verbreiteten Werkzeugen geworden, die derzeit für eine Vielzahl von industriellen Akteuren wertvoll und anwendbar sind. Anwendungsbeispiele umfassen den Automobilsektor (Beschichtungen und Strukturlegierungen), Mikroelektronik (MEMS und Mehrschichtgeräte), Energie (Batterien, Materialien für hohe Temperaturen), Chemie, Pharmazie (Mikrokapseln für die Arzneimittelabgabe) und Bauwesen (Dünnschichten für energieeffiziente Fenster, nano-optimierte Zementmaterialien). Die größte Herausforderung besteht darin, der Industrie schnellen und zuverlässigen Zugang zu einer breiten Palette von Materialeigenschaften (nicht nur Festigkeit, sondern auch Härte, Steifigkeit, Zähigkeit, Eigenspannungen, Zuverlässigkeit) durch schnelle und reproduzierbare Methoden zu ermöglichen. In diesem komplexen Rahmen werden die gemeinsamen Anforderungen für die Anwendung von nanomechanischen Prüfmethoden in der Industrie durch (a) die Fähigkeit, komplexe heterogene Systeme auf mehreren Längenskalen zu testen, (b) die Kombination mehrerer Techniken, (c) die Möglichkeit, mechanische Charakterisierungsmethoden im Nanomaßstab in der Produktion zu nutzen, und (d) die Harmonisierung und Standardisierung von Protokollen (von der Probenvorbereitung bis zur finalen Speicherung und Nutzung der Daten) dargestellt.

Auf dieser Grundlage besteht das Hauptziel des Projekts NanoMECommons darin, die Grundlage für die Nutzung hochauflösender, innovativer nanomechanischer Charakterisierung in der Industrie zu schaffen, indem Kompetenzen in Partnerschaft mit akademischen und forschenden Experten auf diesem Gebiet entwickelt werden. Um dies zu erreichen, konzentriert sich das Projekt auf eine Reihe von Forschungs- und Innovationsmaßnahmen, die von der Entwicklung modernster nanomechanischer Prüfmethoden über neuartige Metadatastukturen für die Materialcharakterisierung bis hin zu prä-normativen Aktivitäten und dem Transfer der entwickelten Protokolle in die Industrie reichen.

Der interoperable CHADA-Rahmen (CHAracterization DAta) ist ein Produkt des NanoMECommons-Projekts, das die Harmonisierung von Nanomechanik-Protokollen und relevanten Datenaustauschverfahren fördert und dabei den Schwerpunkt auf integrierte Methoden und robustes Datenmanagement legt. Insbesondere arbeiten Ontologieentwicklung und Datenmanagement zusammen, um eine standardisierte Referenzontologie für die Nanoindentation und ein zentralisiertes Materialinformationsmanagementsystem zu etablieren. Ontologien für die standardisierte Dokumentation gewährleisten Rückverfolgbarkeit, Integrität und Interoperabilität unter Einhaltung der FAIR-Prinzipien. Ergänzend dazu bietet ein zentrales Datenverwaltungssystem Werkzeuge für die Datenverarbeitung und -analyse, die Pflege von Materialkarten sowie die Modellkalibrierung und -validierung. Die Referenzdatenbank rationalisiert die Materialauswahl, verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung und verbessert die Ressourceneffizienz.

Teilvorhaben Fraunhofer IWM

Das Fraunhofer IWM, das das interoperable CHADA und die CHADA-App entwickelt, wird von den Fortschritten des NanoMECommons-Projekts im Bereich des standardisierten Datenmanagements und der Materialcharakterisierung erheblich profitieren. Durch die Integration dieser Ergebnisse kann das Fraunhofer IWM den Industriepartnern eine robuste Lösung für den Umgang mit komplexen und umfangreichen Materialdaten anbieten, insbesondere in stark nachgefragten Bereichen wie der Nanoindentation. Der Schwerpunkt des Projekts auf Interoperabilität, Rückverfolgbarkeit und Datenintegrität steht in direktem Einklang mit den FAIR-Prinzipien und stellt sicher, dass das CHADA-Framework Daten liefern kann, die auffindbar, zugänglich, interoperabel und in verschiedenen Industrieanwendungen wiederverwendbar sind.