Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart (vormals Max-Planck-Institut für Metallforschung) widmen sich der Materialwissenschaft. Sie interessiert unter anderem, wie Funktionen von Materialien auf der atomaren, nanoskopischen und mikroskopischen Längenskala ihr makroskopisches Verhalten bestimmen. Einen Schwerpunkt setzen sie dabei auf die Nanowissenschaft – sie erforschen etwa magnetische Materialien oder Flüssigkeiten im Nanomaßstab. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Grenzgebiet zwischen der Nanotechnik und der Biologie, etwa dem Verhalten von Zellen auf verschiedenen Oberflächen. Viele der untersuchten Phänomene treten bei der Umwandlung von einem Zustand eines Materials in einen anderen oder an der Grenze zweier Materialien auf. Zu verstehen, was an solchen Grenzen geschieht, könnte helfen, Werkstoffe stabiler zu machen und ihnen gezielte Eigenschaften zu geben.

Kontakt

Heisenbergstr. 3
70569 Stuttgart
Telefon: +49 711 689-0
Fax: +49 711 689-1010

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS for Intelligent Systems

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Theorie inhomogener kondensierter Materie mehr
Abteilung Moderne magnetische Systeme mehr
Abteilung Physische Intelligenz mehr
Abteilung Phasenumwandlungen, Thermodynamik und Kinetik mehr
Eine Teleskopschiene für Nanomaschinen
Mithilfe der DNA-Origami-Technik gefaltete Nanostäbe lassen sich mit Goldpartikeln als Zahnradmotoren gegeneinander verschieben mehr
Sechs Max-Planck-Wissenschaftler erhalten hohe EU-Förderung
Advanced Grants des ERC mit jeweils bis zu 2,5 Millionen Euro verliehen mehr
Milliroboter mit vielseitigem Bewegungstalent
Ein magnetischer Antrieb ermöglicht es einem winzigen Vehikel, durch eine komplexe Umgebung zu gehen, kriechen, springen und schwimmen mehr
Vielzweckgreifer haftet wie ein Gecko
Eine elastische Membran mit winzigen Noppen gepaart mit Unterdruck verleiht einem neuen Greifsystem hohe Haftkraft auch an gekrümmten Oberflächen mehr
Ein Filter für schweren Wasserstoff
Mit einer funktionalisierten Metall-organischen Gerüstverbindung (MOF) lassen sich Deuterium und Tritium relativ einfach von normalem Wasserstoff trennen mehr
Zaubertinte aus der Nanowelt
Farben plasmonischer Drucke lassen sich durch eine chemische Reaktion verändern mehr
Nanoroboter: Schub für winzige Boote
Miniaturisierte Roboter lassen sich durch eine enzymatische Reaktion oder Ultraschall durch biologische Flüssigkeiten bewegen mehr
Startschuss für das Cyber Valley
Wissenschaft und Wirtschaft schließen eine der größten Forschungskooperationen Europas im Bereich der künstlichen Intelligenz mehr
<p class="PM2Headline">Leibniz-Preis für drei Max-Planck-Wissenschaftler</p>

Ralph Hertwig, Frank Jülicher und Joachim P. Spatz erhalten die höchste wissenschaftliche Auszeichnung Deutschlands

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Tarnkappe aus Nanostrukturen
Wissenschaftler bearbeiten Oberflächen so, dass sie kaum noch Licht reflektieren und damit unsichtbar sind mehr
Zielsichere Roboter im Mikromaßstab
Dank einer halbseitigen Beschichtung mit Kohlenstoff lassen sich Mikroschwimmer durch Licht antreiben und steuern mehr
Ein magnetischer Antrieb für Mikroroboter
Weiche Materialien, die sich mit Magnetfeldern verformen lassen, könnten als Motoren für winzige Schwimmkörper dienen mehr
Hologramme mit Schall
Eine neue Möglichkeit, die Schallwellen dreidimensional zu modellieren, könnte Anwendungen in Technik und Medizin finden mehr
Kleben auf Knopfdruck

Kleben auf Knopfdruck

18. Mai 2016
Das chemische Element Gallium könnte zu einem neuen Haftmittel werden, bei dem sich die Klebewirkung einfach an- und abschalten lässt mehr
Sanfte Kraft für Roboter

Sanfte Kraft für Roboter

26. April 2016
Ein weicher Aktuator aus elektrisch steuerbaren Membranen weist einen Weg hin zu Maschinen, die für Menschen ungefährlich sind mehr

So manche medizinische Behandlung wäre effizienter, wenn Medikamente mit einem winzigen Roboter direkt zum Krankheitsherd transportiert werden könnten. Peer Fischer und seine Mitarbeiter am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme entwickeln Mikro- und Nanoschwimmer, die dies eines Tages ermöglichen sollen.

Für eine Magenspiegelung müssen Patienten heute meist noch den Schlauch eines Endoskops schlucken. Denn Kapseln mit Kameras, die dafür auch geeignet sind, lassen sich bislang nicht steuern. Das wollen Wissenschaftler um Metin Sitti, Direktor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, ändern. Und ihre kleinen, kapselförmigen Roboter schießen nicht nur Bilder des Mageninneren.
Forscher testen neue Speicherlösungen für Wasserstofffahrzeuge.
Zur Person: Sylvie Roke

Das Raumwunder im Tank

MPF 2 /2009 Material & Technik
Forscher testen neue Speicherlösungen für Wasserstofffahrzeuge.
Assistent/-in zur Unterstützung der Cyber Valley Initiative (50-100%)
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart 2. Mai 2018

Biomechanik und Bewegungskontrolle der Lokomotion in Tieren und Robotern

2017 Spröwitz, Alexander (korrespondierender Autor); Heim, Steve
Materialwissenschaften

Tiere laufen dynamisch und effizient, elegant und adaptiv. Ihre Fortbewegung kann als ein sorgfältig orchestriertes Zusammenspiel des Bewegungsapparates verstanden werden, der mit seiner Umgebung interagiert. Die Forschungsgruppe "Dynamische Lokomotion" am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart verfolgt das Ziel, mit neuen Methoden und Werkzeugen der Laufrobotik die Lokomotion von Tieren zu verstehen.

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Grenzflächenkontrollierte Phänomene in Nanomaterialien

2016 Mittemeijer, Eric J.; Wang, Zumin
Materialwissenschaften

Materialien im Nanometerbereich haben eine außergewöhnlich große interne Grenzflächendichte. Eine Reihe von zuvor unbekannten Phänomenen in Nanomaterialien wurde enthüllt, die grundsätzlich auf die vorhandenen Grenzflächen zurückzuführen sind. So wurden ungewöhnlich große und kleine Gitterparameter in nanokristallinen Metallen, Quanten-Spannungsoszillationen in wachsenden Nanoschichten und außerordentlich hohe Mobilitäten von Atomen bei sehr tiefen Temperaturen beobachtet und erklärt. Das dabei gewonnene Verständnis kann zu neuen Anwendungen von Nanomaterialien in Spitzentechnologien führen.

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Der kleinste von Menschen geschaffene Nano-Motor

2015 Sánchez, Samuel
Chemie Materialwissenschaften

Winzig kleine Motoren, die sich selbst antreiben, durchs Abwasser sausen und dieses so ganz nebenbei auch noch reinigen oder kleine Roboter, die mühelos durch das Blut schwimmen und so vielleicht eines Tages Medikamente ganz gezielt an eine bestimmte Körperstelle transportieren – was klingt wie die Vision aus einem Science Fiction Film, das lässt Samuel Sánchez in seinem Labor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart bereits Wirklichkeit werden. Selbst angetriebene Mikro-Nanoroboter und integrierte Sensoren in Mikro-Chips: Das ist das Thema von Sánchez` Forschungsgruppe.

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Lebende Organismen haben eine sehr wirksame Methode, überflüssige oder potenziell gefährliche Zellen zu zerstören: den programmierten Zelltod. Wissenschaftler um Ana García-Sáez interessieren sich für die der Apoptose zugrunde liegenden Prozesse, insbesondere für ein Protein namens Bax, welches Poren in der äußeren Mitochondrienmembran öffnet und damit den programmierten Zelltod unabwendbar einleitet. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen bei der Entwicklung neuer Medikamente für die Bekämpfung von Krebs helfen, da Krebszellen meistens für diese Art des Zelltods desensibilisiert sind. mehr

Klein aber schlau

2013 Liu, Na
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Metallische Nanostrukturen zeigen plasmonische Resonanzen, die mit einer räumlich extrem kleinen Lichtmode auf der Subwellenlängenskala einhergehen. Im Fall einer einzigen Metallnanostruktur kann das Lichtfeld auf nur wenige Hundert nm³ konzentriert sein. Wir nutzen diesen plasmonischen Fokussiereffekt, um Wasserstoff auf der Einzelpartikel-Skala zu detektieren. Im Gegensatz zu Plasmonensensoren, die Ensembles von Nanopartikeln nutzen, verhindert dies inhomogene Verbreiterung und statistische Effekte. In Zukunft lassen sich so ultimativ katalytische Einzelprozesse in Nanoreaktoren beobachten.

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In wissenschaftlichen und populärwissenschaftlichen Artikeln wird oft spekuliert, ob ferngesteuerte Mikroroboter (Microbots) durch den menschlichen Körper geschickt werden können. Dies würde die (Mikro-)Medizin revolutionieren. Wir bringen Milliarden von mikrometergroßen, chiral-kolloidalen Schraubenpropellern auf einem Wafer auf. Dann magnetisieren wir sie und lassen sie mit Hilfe von computergesteuerten Magnetfeldern durch Lösungen fahren. Ähnlich künstlichen Flagellen, sind sie bis jetzt die einzigen Microbots, die in Flüssigkeiten mit Mikrometerpräzision gesteuert werden können. mehr
Metalle können helfen Halbleiter bei niedrigen Temperaturen von der ungeordneten (amorphen) in eine geordnete (kristalline) Form umzuwandeln. Auf Basis der Grenzflächenthermodynamik wurde ein grundlegendes und quantitatives Modellverständnis der zugrundeliegenden Mechanismen dieser sogenannten metallinduzierten Kristallisation (MIK) entwickelt. Diese neuen Erkenntnisse können dazu beitragen, Solarzellen aus kristallinem Si bei sehr niedrigen Temperaturen (< 200 ºC) auf billigen, leichten und flexiblen Materialien wie Glas, Kunststoff oder gar Papier herzustellen. mehr
Viele lebende Zellen statten sich mit einer zuckerhaltigen Hülle aus, die eine Schlüsselrolle beim Schutz der Zelle und bei der Strukturierung und Kommunikation mit ihrer Umgebung spielt. Eine herausragende Eigenschaft dieser perizellularen Hüllen ist ihre dynamische Selbstorganisation in stark hydratisierte, gelartige Netzwerke. Maßgeschneiderte Modellsysteme, die aus den molekularen Bausteinen der perizellularen Hüllen aufgebaut werden, können verstehen helfen, wie die Zellhüllen funktionieren. mehr

Kritische Casimirkraft

2010 Bechinger, Clemens; Dietrich, Siegfried
Materialwissenschaften
Werden Flüssigkeitsmischungen nahe ihres kritischen Punktes lateral eingeschränkt, führt dies zu kritischen Casimirkräften auf deren Berandungen. Hervorgerufen werden solche Kräfte durch lokale Konzentrationsschwankungen, deren Ausdehnungen in der Nähe des kritischen Punktes divergieren und somit zu einer langreichweitigen Wechselwirkung führen. Kritische Casimirkräfte reagieren einerseits äußerst empfindlich auf kleinste Temperaturänderungen, andererseits lässt sich sogar das Vorzeichen dieser Wechselwirkung durch Veränderungen in den Oberflächeneigenschaften der Berandungen variieren. mehr

Proteinmechanik - von Kraftsensoren zu strapazierfähigen

2010 Gräter, Frauke
Materialwissenschaften
Lebende Organismen reagieren auf mechanische Kraft mithilfe ausgeklügelter Mechanismen, Proteine spielen hierbei die Hauptrolle. Was sind die Prinzipien, die es Proteinen und biologischen Materialien erlauben, auf mechanische Kräfte zu reagieren? Die Natur entwickelte Lösungen für verschiedenste Bedingungen, wie solche in angespannten Muskelfasern, im Blutstrom oder in Seidenfasern unter Spannung. Neue, auf hoch-performanten Simulationstechniken basierende Ansätze helfen, Kraft tragende Strukturelemente in komplexen biologischen Materialien zu identifizieren und gezielt zu modifizieren. mehr

Nanostrukturierte Oberflächen für biomedizinische Anwendungen

2009 Martin, Raquel
Materialwissenschaften
Die Nachwuchsgruppe von Dr. Raquel Martin entwickelt mithilfe einer bestimmten Nanotechnologie neue medizinische Tests / Instrumente und wird ein Start-up-Unternehmen gründen. Die ersten drei Produkte in der Entwicklung sind ein nicht-invasiver pränataler Test, ein nicht-invasiver Test zum Monitoring von Krebs sowie eine Beschichtung für synthetische Gefäßtransplantate. Die Forschungsaktivitäten der Nachwuchsgruppe werden vom GO-Bio-Programm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. mehr

Raumtemperatur-Ferromagnetismus von Zinkoxid: Ein Korngrenzenphänomen?

2009 Goering, Eberhard; Baretzky, Brigitte; Straumal, Boris; Tietze, Thomas; Schütz, Gisela
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Mit Kobalt dotiertes Zinkoxid zeigt bei Raumtemperatur ferromagnetische Eigenschaften, die jedoch – wie unsere magnetischen Röntgenzirkulardichroismus-Messungen zeigen – durch kein Element der Probe (Co, Zn und O) hervorgerufen werden. Die Auswertung von Literaturdaten und eigene Messungen ergaben, dass Ferromagnetismus nur in nanokristallinem ZnO auftritt und vermutlich durch Sauerstoff-Fehlstellen, die in dem dichten Netz der Korngrenzen lokalisiert sind, induziert wird. Damit eröffnen sich vielversprechende Perspektiven für neue technologische Anwendungen. mehr
Grenzflächen spielen bei vielen physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen eine enorme Rolle. In der Realität sind die meisten Grenzflächen Teil eines komplizierten Systems kondensierter Materie, wie beispielsweise Zellmembranen oder Emulsionen. Zunehmend werden heute unter Umgebungsbedingungen die strukturellen und dynamischen Eigenschaften an flachen Grenzflächen mithilfe nichtlinear-optischer Messtechniken untersucht. Kombiniert mit Lichtstreuung, lassen sich sogar die Grenzflächen dispergierter Partikel in situ untersuchen. mehr

Bioinspirierte Synthese und Eigenschaften von künstlichem Perlmutt

2008 Burghard, Zaklina; Santomauro, Giulia; Rothenstein, Dirk; Bill, Joachim; Aldinger, Fritz
Chemie Materialwissenschaften
Durch eine bioinspirierte Syntheseroute wurden perlmuttartige Filme hergestellt. Die nasschemische Erzeugung der anorganischen Schichten wurde dabei mit der Abscheidung von Polyelektrolyten zum Aufbau der organischen Schichten kombiniert. Analysen mittels Nanoindentation zeigten eine Zunahme der Härte, die durch die Architektur der Nanoschichten des Verbundmaterials begründet ist. Zur bioinspirierten Erzeugung von neuen keramischen Materialien sollen zukünftig lebende Organismen eingesetzt werden. mehr
Nanoteilchen sind die unabdingbare Voraussetzung für die Realisierung von superstarken Dauermagneten und Datenspeichern ultrahöchster Speicherdichte und damit für den Bau der neuerdings interessant gewordenen Hybridmotoren und die Entwicklung von kleinen leistungsstarken Computern. mehr

Nanofluidik

2007 Rauscher, Markus; Dietrich, Siegfried
Chemie
Selbst erstaunlich kleine Mengen von Flüssigkeiten lassen sich durch hydrodynamische Gleichungen beschreiben. Dies funktioniert jedoch nicht mehr, wenn die Flüssigkeitsmengen so klein werden, dass langreichweitige intermolekulare Wechselwirkungen, thermische Fluktuationen oder die Größe der Moleküle relevant werden. Ist dies der Fall spricht man von Nanofluidik, einem Forschungsgebiet mit vielversprechenden Anwendungsperspektiven, in dem die statistische Physik eine herausragende Rolle spielt. mehr

Kinetik der Festkörper-Phasenumwandlung

2006 Mittemeijer, Eric Jan; Sommer, Ferdinand
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Es wurde ein modularer Ansatz für eine quantitative numerische und analytische Beschreibung von Festkörperphasenumwandlungen, die durch drei sich überlagernde Mechanismen (Keimbildung, Wachstum, Zusammenstoßen) bestimmt werden, entwickelt und erfolgreich angewendet. Zwei Formen der Umwandlungskinetik, normal und abnormal, wurden von uns erstmals für Eisen und Eisenbasis-Legierungen gefunden. Auf der Basis einer neu entwickelten atomaren Monte-Carlo-Methode kann die massive Umwandlung simuliert werden. Die messbare Gesamt-Aktivierungsenergie dieser Umwandlung wird durch eine Serie nacheinander erfolgender atomarer Sprünge von einer Gruppe von Atomen an der Grenzfläche bestimmt. mehr

Neutronenforschung an niederdimensionalen Materialien

2006 Rühm, Adrian; Major, János; Dosch, Helmut
Materialwissenschaften
Im Rahmen der institutsübergreifenden Initiative Material- und Festkörperforschung mit Neutronen der Max-Planck-Gesellschaft betreibt das Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart an der neuen Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching bei München ein neuartiges Neutronen-Röntgen-Kontrast-Reflektometer, N-REX+. Dieses Instrument bietet weltweit einzigartige Forschungsmöglichkeiten für die Untersuchung von Oberflächen, vergrabenen Grenzflächen, dünnen Filmen und komplexen Vielfach-Schichtsystemen auf der Nanoskala. Insbesondere zählen hierzu die -Kombination von Röntgen- und Neutronen-Reflektometrie sowie die neuartige SERGIS-Technik (spin-echo resolved grazing incidence scattering). Erste Experimente zur Charakterisierung von Entnetzungsmorphologien an Polymerfilmen werden in der kommenden Jahren systematisch fortgeführt. Ab Ende 2006 soll das Instrument N-REX+ auch externen Nutzergruppen zur Verfügung stehen. mehr

Leben auf der Nanometerskala

2005 Spatz, Joachim P.; Arnold, Marco; Blümmel, Jacques; Cavalcanti-Adam, Ada; Glass, Roman; Ulmer, Jens
Materialwissenschaften
Die Bildung molekularer Cluster spielt in einer Vielzahl hierarchisch organisierter Prozesse eine entscheidende Rolle. Insbesondere in der Biologie werden zelluläre Funktionen durch das Zusammenführen einzelner Proteine zu Clustern definierter Proteinanzahl reguliert. Proteine verändern hierbei deren molekulare Konformation – und damit deren Funktion – durch Wechselwirkung mit anderen Proteinen in räumlicher Nähe. Die Regulierung der Bildung von Proteinclustern ist somit ein funktionelles Handwerkszeug der Natur. Neben der räumlichen Nähe einzelner Proteine spielt die Anzahl der Proteine eines Clusters eine entscheidende Rolle. Üblicherweise handelt es sich hier um abzählbar viele Proteine. Grundsätzlich ist die kooperative Wechselwirkung zwischen Proteinen von entscheidender Bedeutung. Die Nanotechnologie kann in Form von nanostrukturierten und biofunktionalisierten Grenzflächen einen wichtigen Beitrag in der Zellbiologie liefern. Diese Technologie dient hierbei als ein „nanoskopisches Werkzeug“, um molekulare Wechselwirkungen zu regulieren und molekulare Längenskalen in Proteinclustern zu messen. mehr

Bioinspirierte Synthese keramischer Materialien

2005 Bill, Joachim; Aldinger, Fritz
Chemie Materialwissenschaften
Die Prozesse der Biomineralisation führten im Laufe der Evolution zu multifunktionellen Biomineralien, die prinzipiell anorganisch/organische Verbundmaterialien mit einem z. T. äußerst komplexen Aufbau darstellen. Dabei erfolgt die Bildung der anorganischen Anteile in wässriger Lösung bei Umgebungsbedingungen und wird durch biopolymere Template gesteuert. Die Nachahmung der dabei ablaufenden material- und strukturbildenden Prozesse und deren Übertragung auf technisch relevante Materialien ist Gegenstand der bioinspirierten Materialsynthese. Inzwischen wurden auf diese Weise erfolgreich dünne Schichten und Schichtverbundwerkstoffe aus Keramiken und Polymeren synthetisiert. Zudem konnten Strukturen generiert werden, die Vorbildern in der belebten Natur morphologisch ähnlich sind. mehr

Mikro- / Nanomechanik von biologischen Materialien und Systemen

2004 Arzt, Eduard; Gorb, Stanislav; Huber, Gerrit; Niederegger, Senta; Pfaff, Holger; Spolenak, Ralph; Vötsch, Walter
Materialwissenschaften
Biologische Systeme haben im Verlauf der Evolution interessante, noch weitgehend unverstandene mikro- und nanomechanische Lösungen entwickelt. Am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart forschen Materialwissenschaftler und Biologen gemeinsam daran, wie sich mikromechanische Konzepte, Theorien und Methoden auf biologische Phänomene anwenden lassen. Gleichzeitig erwarten sich die Materialwissenschaftler aus dem Studium biologischer Prinzipien Anregungen für technische Problemlösungen. Wir untersuchen die Struktur und Funktion von biologischen Haft-, Reibungs- und Verklammerungssystemen auf Mikron- und Submikronskala. Der folgende Beitrag beschreibt unsere Forschungsergebnisse an haarigen und glatten Haftsystemen verschiedener Tierarten. Näher erläutert werden die Struktur, Biomechanik und Chemie sowie die mikromechanischen Messungen der Haftkräfte. Abschließend erläutern wir unsere Überlegungen dazu, wie sich die Theorien auf biologisch inspirierte Systeme übertragen lassen. mehr
Die meisten Materialien für technische Anwendungen sind polykristallin: Sie bestehen aus kleinen Kristalliten oder Körnern, die entlang von Korngrenzen aneinander stoßen. Diese flächenhaften Defekte (innere Grenzflächen) haben großen Einfluss auf viele, auch technisch relevante Materialeigenschaften. Es ist durch vielseitige Untersuchungen bewiesen, dass die makroskopischen Eigenschaften von Korngrenzen eindeutig mit ihrem mikroskopischen Aufbau zusammenhängen. Da für nanokristalline Materialien der Volumenanteil an Korngrenzen oft mehrere Prozent beträgt, kommt bei diesen neuartigen Materialien der Nanowelt den Korngrenzen ganz besonderes Gewicht zu. Im Folgenden sollen kurz die Ergebnisse von experimentellen und theoretischen Untersuchungen an Korngrenzen in α-Al2O3 (Korund) und an der Phasengrenze in Cu/α-Al2O3 berichtet werden. Für Korund erfolgten Untersuchungen an künstlich hergestellten Bikristallen. Bei diesen wurde sowohl die Grenzflächenebene als auch die Missorientierung zwischen den beiden aneinander stoßenden Kristallen vorher festgelegt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen können mit den Ergebnissen der theoretischen Analysen verglichen werden. Außerdem erfolgten Untersuchungen an "realen" Sinterkörpern aus polykristallinem α-Al2O3. Außerdem soll kurz auf die Ergebnisse der Untersuchungen zur Grenzfläche zwischen Cu und α-Al2O3 eingegangen werden. mehr
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