Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tanz der Ionen

17.08.2007
Wie bewegen sich Ionen in Kristallen, Gläsern und Polymeren? Dieser Frage, die für viele Hochtechnologieanwendungen von zentraler Bedeutung ist, gehen Forscher aus fünf physikalischen und chemischen Instituten der Universität Münster nach. Sie haben sich dazu zum Sonderforschungsbereich (SFB) 458 zusammengeschlossen, "Ionenbewegung in Materialien mit ungeordneten Strukturen - vom Elementarschritt zum makroskopischen Transport", der seit dem Jahr 2000 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

SFB-Sprecher Prof. Dr. Klaus Funke konkretisiert die Fragen, die ihn und seine Kollegen bewegen: "Wie laufen die Platzwechselbewegungen der Ionen in ungeordneten kristallinen, glasigen und polymeren Systemen auf atomarer Skala ab? Kann man sie nachvollziehen und verstehen?" Die Bewegungen vieler Ionen sind extrem komplex, zumal sie sich gegenseitig beeinflussen.

Die Wissenschaftler, die eng zusammenarbeiten, erforschen in 18 Teilprojekten experimentell und theoretisch unterschiedliche Aspekte dieses Problems. Sie haben dabei ein "universelles" Verhalten von Ionen in ganz unterschiedlichen Materialien festgestellt, andererseits aber auch materialspezifische Besonderheiten der Ionendynamik erkannt.

Die Bewegung von Ionen hängt von den jeweiligen Materialeigenschaften ab: In Kristallen mit einer perfekt geordneten Struktur zum Beispiel gibt es keine Möglichkeiten für Ionen, ihre Position zu verändern. In Materialien mit ungeordneter Struktur dagegen entsteht eine sehr komplexe Ionenbewegung, ein "Tanz der Ionen", wie Prof. Funke augenzwinkernd veranschaulicht: eine komplizierte, nicht regellose Abfolge von Hüpfbewegungen. "Unser Forschungsfeld wird als Solid State Ionics bezeichnet. Es umfasst sowohl Grundlagen als auch Anwendungen und entwickelt sich zur Zeit äußerst rasch", so Prof. Funke. "Der SFB 458 gilt dabei weltweit als eines der führenden Forschungszentren auf diesem Gebiet."

... mehr zu:
»Atom »Ion »Nanomaterialien »Schicht

Prof. Dr. Monika Schönhoff beschreibt die Forschung in einem SFB-Teilprojekt: "Wir untersuchen, wie Nanomaterialien als Ionenleiter funktionieren." Dazu verwenden die Forscher so genannte Polyelektrolyt-Multischichten. Diese mechanisch sehr stabilen Materialien bestehen aus extrem dünnen Schichten von Polymeren, wobei die Schichten, deren Dicke im Nanometerbereich liegt, abwechselnd positiv und negativ geladen sind und sich daher gegenseitig anziehen. Die Forscher des SFB wollen solche Materialien als Ionenleiter verwenden, indem sie nachträglich Ionen in Form von Salzen einbringen und so das Ladungsgleichgewicht verändern.

Eine leitfähige Polyelektrolyt-Multischicht könnte zum Beispiel Anwendung in einer Lithium-Batterie finden, und zwar als Membran, die einen Ionenfluss zwischen den Elektroden ermöglicht. Da die Membran sehr dünn ist, würde die Aufladezeit der Batterie beschleunigt - "Das ist besonders wünschenswert, beispielsweise, wenn man an einen Laptop-Akku denkt", so Prof. Schönhoff.

Ein anderes Teilprojekt beschäftigt sich ebenfalls mit ionenleitenden Nanomaterialien, und zwar mit solchen, die aus verschiedenen sehr dünnen Schichten bestehen, die jeweils nur 10 bis 30 Atomlagen "dick" sind. "Mit abnehmender Dicke ändert sich das Ionentransportverhalten dieser Materialien", erklärt Prof. Dr. Guido Schmitz. "Die Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten beeinflussen den Ionenfluss im Material bis zu einer bestimmten Tiefe. Je dünner die Schichten sind, desto stärker ist der Einfluss der Grenzflächen auf die Ionenleitfähigkeit des Materials."

Um die lokale Zusammensetzung der Materialproben zu bestimmen, setzen die münsterschen Forscher abbildende Analyseverfahren höchster Auflösung ein, zum Beispiel eine so genannte Atomsonde. "Durch sehr kurze Hochspannung oder per Laserimpuls werden zunächst einzelne Atome aus der Probe gelöst", erklärt Prof. Dr. Guido Schmitz. Nachdem sie dann auf einem speziellen Detektor auftreffen, werden die Koordinaten und Eigenschaften jedes Atoms ausgewertet, so dass ein räumliches Bild der Anordnung der einzelnen Atome entsteht.

Natürlich haben die Wissenschaftler technische Einsatzmöglichkeiten ihrer Forschungsergebnisse im Blick, also umweltfreundliche Systeme zur Energieumwandlung - vor allem Brennstoffzellen und Lithiumionenbatterien - sowie chemische Sensoren und elektrochrome Displays. "Derartige Anwendungen sind auf ein solides Fundament angewiesen", so Prof. Funke. Die Grundlagenforschung im SFB 458 trägt zum Ausbau des Fundaments bei und eröffnet damit Zukunftsperspektiven für die Optimierung von Materialien für die verschiedensten technischen Anwendungen.

Dr. Christina Heimken | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/Chemie.pc/sfb/

Weitere Berichte zu: Atom Ion Nanomaterialien Schicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie