SCHOTT solutions Nr. 2/2010 > Otto-Schott-Forschungspreis 2010

Prof. Tanguy Rouxel (2. von rechts) wurde von SCHOTT Vorstandsmitglied und Kuratoriumsvorsitzenden des Ernst-Abbe-Fonds, Dr. Hans Joachim Konz (links), mit dem Otto-Schott-Forschungspreis 2010 für seine wegweisende Forschungsarbeit zum besseren Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Glas ausgezeichnet. Ebenso ­gratulierten Kurator Prof. Reinhard Conradt, RWTH Aachen (2. von links), sowie Kurator Prof. Carlo Pantano, Penn State University (rechts). Foto: SCHOTT/B. Haggard

Wegweisende Glas-Forschung


Den diesjährigen Otto-Schott-Forschungspreis erhielt Prof. Tanguy Rouxel für seine Forschungen über die mechanischen Eigenschaften von Gläsern und glasartigen Materialien.


Bernhard Gerl

Am 18. Mai 2010 wurde dem Wissenschaftler Prof. Dr. Tanguy Rouxel im Rahmen der Tagung Glass and Optical Materials Division (GOMD) der American Ceramic Society in Corning, NY/USA, der mit 25.000 Euro dotierte Otto-Schott-Forschungspreis verliehen. Die Auszeichnung wird im jährlichen Wechsel mit dem Carl-Zeiss-Forschungspreis für herausragende wissenschaftliche Leistungen in Grundlagenforschung und Technologieentwicklung in den Bereichen Spezialwerkstoffe, Bauteile und Systeme für die Anwendungsfelder Optik und Elektronik, Solarenergie, Gesundheit und Wohnen verliehen. Beide Forschungspreise verwaltet der Stifterverband für die deutsche Wissenschaft.

Prof. Tanguy Rouxel ist Maschinenbauingenieur und seit 1997 ordentlicher Professor an der Universität Rennes 1. Bis September 2009 war er Leiter des Labors für angewandte Mechanik (LARMAUR), in dem sich 19 Mitarbeiter unter anderem mit der Erforschung der mechanischen Eigenschaften von Glas beschäftigen. Außerdem ist er seit 2009 außerordent­licher Professor der chinesischen Akademie der Wissenschaften am Institut of Ceramics in Shanghai und war Inhaber des Brahm Prakash Lehrstuhls am Indian Institute of Science in Bangalore. Prof. Rouxel erhielt für seine wissenschaftlichen Arbeiten bereits mehrere internationale Auszeichnungen.
Das Testschmelzen von Glas dient der optimalen Zusammenstellung der Rohstoffe. Foto: SCHOTT/D. Fonda
„Eine der bemerkenswertesten Stärken von Tanguy Rouxel ist seine Fähigkeit, Erkenntnisse aus scheinbar völlig anderen Fachbereichen für die Glaswissenschaft und -technologie nutzbar zu machen”, begründete Kuratoriumsmitglied Prof. Carlo Pantano in seiner Laudatio die Auswahl des diesjährigen Preisträgers. „Seine Arbeit ist wegweisend für ein besseres Verständnis der elastischen Eigenschaften und Verformung von Gläsern sowie der Minderung von Schäden.”

Zwar denkt man bei Gläsern normalerweise zuerst an optische Eigenschaften, doch auch die mechanischen sind für die Forscher bei der Neuentwicklung von Werkstoffen von höchstem Interesse. Zum Beispiel werden Computerfestplatten aus Aluminium-Magnesium-Legierungen immer öfter durch Gläser mit einem hohen Elastizitätsmodul ersetzt. Dadurch werden höhere Rotationsgeschwindigkeiten und damit schnellere Zugriffszeiten möglich. Eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls erlaubt es auch, Bauteile dünner zu konstruieren, so etwa Fenster in Verkehrsmitteln, wodurch die Fahrzeuge leichter werden, was zu Energieeinsparungen führt. Weitere Bauelemente aus Glas, in denen es auf eine hohe Festigkeit ankommt, sind tragende Gebäudeteile, Implantate, verstärkende Fasern, keramische Ad­ditive, Kochplatten, feuerfeste Dichtungen und vieles mehr.
Bisher nahm man an, dass der Elastizitätsmodul hauptsächlich von der Glasübergangstemperatur abhängt: Je höher sie ist, desto fester sei ein Glas. Prof. Rouxel konnte durch die Untersuchung einer großen Anzahl von unterschiedlichen Gläsern – angefangen von Eis im Glaszustand bis hin zu metallischen Gläsern – zeigen, dass die Zusammenhänge komplexer sind. Gerade die für die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs aussagekräftige Poissonzahl, also das Negative des Verhältnisses aus relativer Dickenänderung zu relativer Längenänderung beim Einwirken einer äußeren einachsigen Last, ist auch von (atomaren) Ordnungsstrukturen mit kurzer oder mittlerer Reichweite im Glas abhängig.
Professor ­Tanguy Rouxel Foto: LARMAUR
Hier finden sich nulldimensionale Cluster, eindimensionale Ketten, zweidimensionale Schichten oder Einheiten mit einer dreidimensionalen Vernetzung. Bei den Untersuchungen zeigt sich, dass die Verformbarkeit der Glas-Werkstoffe nicht nur von der Bindungsstärke der netzwerkbildenden Komponenten abhängt, sondern auch von deren Packungsdichte. Obwohl sie (etwa im Vergleich zu Silikatgläsern) auf relativ schwachen metallischen Bindungen gründen, können metallische Gläser einen überraschend hohen Elastizitätsmodul haben, weil ihre Atome ziemlich eng zusammengepackt sind. Diese vielversprechenden Gläser sind deshalb Paradebeispiele für die Bedeutung der Packungs­dichte. Auch erklärt es, warum durch nachträgliches Tempern der Elastizitätsmodul um bis zu 20 Prozent erhöht werden kann; es führt zu dichteren Gefügen.

Prof. Rouxels Ergebnisse können nun unter anderem für eine genauere Beschreibungen der Molekülorbitale in Gläsern und die Entwicklung von besseren Computersimulationen genutzt werden. Damit können teilweise preisgünstige theoretische Tests experimentelles Ausprobieren im Labor ersetzen, wenn gezielt neue Glaswerkstoffe mit bestimmten Eigenschaften für hochpräzise Werkzeuge, Festplatten, Schleifscheiben oder für Gebäude entwickelt werden sollen.
Mit sogenannten „Indenter“-Messungen bzw. gezielten ­Oberflächenschäden auf Glas lassen sich Aussagen zu mechanischen ­Glaseigenschaften ableiten. Das Verfahren selbst ist altbekannt, ­Professor ­Tanguy Rouxel hat jedoch die Apparaturen deutlich weiterentwickelt und dadurch für eine Vielzahl von Materialien neue ­Erkenntnisse gewonnen. Fotos: LARMAUR Bilder zum Vergrößern anklicken.