Dr. David Schwarz

Projekte

Encapsulated Chemistries in Rationally Designed Metamaterials for Advanced Multi-Functionalities on Demand

Projektbeschreibung
Das Ziel meiner Forschungsarbeit ist es, mit Chemikalien gefüllte Kapseln in mechanische Metamaterialien einzubetten. Bei bestimmten mechanischen Reizen soll das Metamaterial gezielt versagen, wodurch die eingekapselten Chemikalien frei werden. Infolge können dadurch neue Funktionen ermöglicht werden. Das kann beispielsweise das Wiederverschließen von Rissen, die Abspaltung von Materialstücken oder die Visualisierung der mechanischen Belastungshistorie sein. Dadurch sollen langlebigere oder anpassungsfähige, neuartige Materialien entwickelt werden.

Projektergebnis
Das Ziel meines Projekts verlagerte sich auf deformationsgesteuerte Reaktionen, die in mechanische Metamaterialien eingebaut wurden. Ich konzentrierte mich auf geometrie-, zusammensetzungs- und kombinierte geometrie-zusammensetzungsgesteuerte Reaktionen auf Verformungen. Die wichtigsten Ergebnisse sind:

• Durch Simulationen und Experimente bewertete ich die nichtlineare Umschaltung des Poisson-Verhältnisses während der Kompression als Funktion der Einheitszellenparameter. Diese Arbeit liefert einen Rahmen für die Auswahl von Einheitszellengeometrien mechanischer Metamaterialien, um eine gezielte mechanische Reaktion einzubetten.
• Für einen Weichmatrix-Mikrokapsel-Verbundwerkstoff habe ich die vorübergehende Beziehung zwischen der selbst gemeldeten Helligkeit und den verbleibenden mechanischen Eigenschaften während der Zugbelastung ermittelt.
• In Zusammenarbeit mit Johan Liotier habe ich ein 3D-gedrucktes Metamaterial entwickelt, das trainierbar ist. Bei Kompression aktiviert das Metamaterial UV-Strahlung und erhöht so seine Steifigkeit. Nach wiederholten Zyklen kann es so trainiert werden, dass es der Kompression widersteht, ohne sich weiter zu versteifen.

Zusammen führen diese Arbeiten zu einer Verbesserung des Designs mechanischer Metamaterialien (erste Arbeit), zu maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften in Kombination mit Selbstmeldungsfunktionalität (zweite Arbeit) und zu 3D-Druckbarkeit mit einstellbarer Steifigkeit (dritte Arbeit).

Erstbetreuer

Dr. Viacheslav Slesarenko

David Schwarz schloss seine Dissertation im Februar 2026 ab.

Dissertation: Mechanical metamaterials with engineered responses

Publikationen in livMatS

• Light Induced Training of 3D Printed Mechanical Metamaterials*
  Schwarz, D., Liotier, J., Slesarenko, V., & Rühe, J. (2025). Light Induced Training of 3D Printed Mechanical Metamaterials. Advanced Materials Technologies, 10(23), e01416. https://doi.org/10.1002/admt.202501416
• Correlating fluorescence and residual stiffness in self-reporting microcapsule composites with an intact soft matrix*
  Schwarz, D., & Slesarenko, V. (2025). Correlating fluorescence and residual stiffness in self-reporting microcapsule composites with an intact soft matrix. Composites Part C: Open Access, 17, 100586. doi: 10.1016/j.jcomc.2025.100586
• Exploiting self-contact in mechanical metamaterials for new discrete functionalities*
  Schwarz, D., Felsch, G., Tauber, F., Schiller, S., & Slesarenko, V. (2023). Exploiting self-contact in mechanical metamaterials for new discrete functionalities. Materials & Design, 112468. doi: 10.1016/j.matdes.2023.112468
• Controlling auxeticity in curved-beam metamaterials via a deep generative model
  Felsch, G., Ghavidelnia, N., Schwarz, D., & Slesarenko, V. (2023). Controlling auxeticity in curved-beam metamaterials via a deep generative model. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 410, 116032. doi: 10.1016/j.cma.2023.116032