In mehreren Artikeln des Sonderbands mit dem Titel ,,Reactive Multilayers - Micro and Macro Joining" untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Ilmenau gemeinsam mit Partnern aus Saarbrücken, Karlsruhe, Hamburg und Jülich die Möglichkeiten und Herausforderungen von reaktiven Multilagen für das Mikro und Makrofügen. Das Cover* der Ausgabe , gestaltet von Sebastian Matthes, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik der TU Ilmenau, zeigt anschaulich ein solches Multilagensystem, das für das Verbinden von Mikrochips genutzt werden kann.
Reaktive Multilagen bestehen aus mehreren extrem dünnen Materialschichten, die gezielt miteinander reagieren. Sobald ein Auslöser - zum Beispiel ein elektrischer Impuls - die Reaktion startet, setzt das Material Wärme frei. Diese Wärme reicht aus, um zwei Materialien, beispielsweise ein Metall mit einem thermoplastischen Kunststoff, fest miteinander zu verbinden, ohne dass eine externe Wärmequelle nötig ist. Das spart Energie und schützt empfindliche Bauteile.
Besonders in der Elektronik können reaktive Multilagen neue Möglichkeiten eröffnen. Sie helfen dabei, Mikrochips zu verbinden, Bauteile ohne Schäden wieder zu lösen oder sogar defekte Komponenten zu reparieren. Allerdings lässt sich die Reaktion nach der Zündung oft nur schwer steuern. Welche Faktoren beeinflussen, wie sich die Reaktion ausbreitet? Auf der Suche nach Antworten auf diese Frage wurde bisher vor allem die Dicke der einzelnen Schichten analysiert. Doch auch andere Aspekte spielen eine wichtige Rolle.
Auch Studierende der Werkstoffwissenschaft an Forschungen beteiligt
In mehreren DFG-geförderten Projekten haben interdisziplinäre Forschungsteams aus der Materialwissenschaft, Elektroniktechnologie und Fertigungstechnik in Ilmenau, Saarbrücken, Karlsruhe, Hamburg und Jülich daher unter Federführung der TU Ilmenau weitere Fragen rund um das Thema "selbstformierende Werkstoffe" untersucht:- Wie beeinflusst die Oberfläche der Materialien die Reaktion?
- Welche Rolle spielen Rauheit, Struktur und thermische Belastung?
- Wie lassen sich verschiedene Materialien und Strukturen kombinieren?
Neben Doktorandinnen und Doktoranden waren an den Forschungen auch Studierende der Werkstoffwissenschaft an der TU Ilmenau aktiv beteiligt.
Die Bedeutung dieser Forschung erläutern Prof. Anne Jung von der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, Dr. Christoph Pauly von der Universität des Saarlandes in Saarbrücken und Peter Schaaf, Leiter des Fachgebiets Werkstoffe der Elektrotechnik und Direktor des Zentrums für Mikround Nanotechnologien der TU Ilmenau, im Guest Editorial des Sonderbands Advanced Engineering Materials ( DOI: 10.1002/adem.202402295 ). Darin beschreiben sie einerseits, welche Potenziale reaktive Multilagen bieten, aber auch welche Herausforderungen für technische Anwendungen noch gelöst werden müssen. Professor Peter Schaaf:
Reaktive Multilagen sind sehr schnell, aber auch sehr komplex, da müssen wir noch einige Forschung für die Anwendung investieren.
So könnten weitere Erkenntnisse, unter anderem zu den kinetischen und thermodynamischen Grundmechanismen von sich selbst ausbreitenden Reaktionen, auf Mikroebene dazu beitragen, dass immer kleinere Mikrochips künftig noch einfacher und schneller hergestellt werden können. Auf Makroebene wiederum könnten durch das Fügen von Batterien und Kontakten beispielsweise die Fertigungsraten in der Autoindustrie gesteigert werden.
Zum Sonderband Advanced Engineering Materials (Volume 27, Issue 3): ,,Reactive Multilayers - Micro and Macro Joining"
*Cover Picture:
Sebastian Matthes et al.: Tailoring the Reaction Path: External Crack Initiation in Reactive Al/Ni Multilayers. Advanced Engineering Materials. 2025. Volume 27, Issue 3. 2570009 (1 page). https://doi.org/10.1002/adem.202570009 .© Copyright 2025 Wiley-VCH GmbH or related companies. All rights reserved, including rights for text and data mining and training of artificial intelligence technologies or similar technologies.