Crazing als elementarer mikromechanischer Prozess: Einleitung und Wachstum von Mikrorissen im Knochen

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Bildung, Ausbreitung und Akkumulation von mikroskopischen Rissen im Knochen gehen dem Bruch voran. Es gibt erste Hinweise, dass der grundlegende Mechanismus auf der Nanometerebene ein crazeartiger Prozess ist. Grazes sind mit einer intensiven Fibrillierung und der Bildung nano- und mikroskopischer Hohlräume verbunden; dadurch wird eine Fähigkeit zur plastischen Deformation gegeben, die eine verbesserte Zähigkeit des hart-spröden Werkstoffes begründet. Die Aufklärung derartiger lokalisierter Deformationsprozesse bietet nicht nur den Schlüssel zum Verständnis der zum Bruch führenden Prozesse, sondern auch die Grundlage für die Begründung der exzellenten Materialeigenschaften des Materials „Knochen . Ziel ist, die grundlegenden Deformationsschritte auf nano- und mikroskopischer Ebene zu verstehen und mit den lokalen Mikro- und Nanostrukturen des Knochens zu korrelieren. Dabei werden einerseits simulierte Deformationszustände betrachtet und andererseits Knochenproben, welche echte, d.h. unter realen biomechanischen Bedingungen entstandene Schädigungen zeigen, untersucht. Die Untersuchungen basieren auf Methoden, die in den antragstellenden Arbeitsgruppen entwickelt bzw. weiterentwickelt und in den letzten Jahren erfolgreich zur Aufklärung der Struktur- Eigenschafts-Beziehungen von neuartigen Polymeren und auch von Nanokompositen eingesetzt wurden (insbesondere moderne elektronenmikroskopische Techniken wie ESEM, EFTEM und AFM mit miniaturisierten, an die entsprechenden Mikroskope angepassten Dehn- und Biegevorrichtungen). Die genaue Kenntnis der optimalen strukturellen Parameter und nanomechanischen Mechanismen soll beitragen, das Potential technischer Werkstoffe besser zu nutzen und Nanokomposit-Werkstoffe mit einem optimierten Festigkeits-Zähigkeits-Profil zu konzipieren.