Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Ende der "Eisenzeit": Neuer Hochleistungswerkstoff der Zukunft

24.06.2004


Wissenschaftspreis des Stifterverbandes für Prof. Martin Jansen vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung



Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der modernen Hochleistungskeramiken wird Prof. Martin Jansen, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, der mit 50 000 Euro dotierte Wissenschaftspreis des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft verliehen. Die Auszeichnung für außergewöhnliche Erfolge bei der Umsetzung von Ergebnissen der Grundlagenforschung in Anwendungen wird ihm im Rahmen der Jahresversammlung des Stifterverbandes am 24. Juni 2004 in Leipzig überreicht.



Mit einem innovativen Konzept gelang es Martin Jansen und seinem Team, eine neue Klasse keramischer Hochleistungswerkstoffe zu entwickeln, die bald schon metallische Werkstoffe ersetzen könnten. Stahl - wegen seiner guten Formbarkeit und hoher Zugfestigkeit seit dem 19. Jahrhundert der universelle Werkstoff - toleriert nur vergleichsweise niedrige Temperaturen. Daher müssen in Verbrennungsmotoren zusätzlich Kühlsysteme enthalten sein. Flugzeugturbinen zum Beispiel werden so nicht nur schwer, sondern es entstehen beim Verbrennungsvorgang an den gekühlten Innenwänden auch umweltschädliche Stickoxide. Mit einem neuen, möglichst leichten Werkstoff, der höheren Temperaturen ohne Kühlung standhielte, ließen sich solche Motoren ressourcen- und umweltschonend bauen.

Kandidaten für einen solchen Werkstoff sucht man schon seit langem unter den Keramiken. Deren schlechte mechanische Eigenschaften - vor allem ihre Sprödigkeit - haben die Ingenieure bislang davon abgehalten, sie anstelle metallischer Werkstoffe einzusetzen. Martin Jansen jedoch wollte den Ingenieuren einen Werkstoff mit einem völlig neuen Eigenschaftsprofil anbieten: eine temperaturstabile amorphe Keramik. Im Gegensatz zu so manchem Fachkollegen war Jansen davon überzeugt, dass es durch geschickte Wahl der chemischen Elemente möglich sein müsse, hinreichend stabile Netzwerke aufzubauen, die auch bei hohen Temperaturen amorph bleiben. Theoretisch sollten sich aus Silizium, Bor, Stickstoff und Kohlenstoff solche, wenn auch nicht thermodynamisch stabilen, so doch metastabilen dreidimensionalen Netzwerke aufbauen lassen. Die starken kovalenten Bindungen zwischen den Netzwerkpartnern sollten ein Umordnen der chemischen Bindungen unwahrscheinlich machen und somit die Kristallisation verhindern.

Martin Jansen baute solche Festkörper gezielt im Labor auf, indem er von einfachen Molekülen ausging, in denen die gewünschten Bindungen bereits "angelegt" waren. Daraus stellte er ein Polymer her, das sich unter Hitze zur gewünschten Keramik zersetzen lässt. Dieser Weg vom Molekül über das Polymer zum Festkörper war nicht nur eine neuartige Synthesestrategie, auch war mit der polymeren Zwischenstufe das Tor zur Anwendungstechnik weit aufgestoßen. Denn aus dem Polymer lassen sich Pulver oder dünne Schichten herstellen, aber auch Fasern ziehen.

Die daraus durch thermische Zersetzung gewonnenen amorphen Keramikfasern erfüllten die hohen Erwartungen der Forscher: Die Fasern bleiben nicht nur bis 1900°C stabil, sondern sind auch noch bis 1600°C an Luft einsetzbar, denn eine dünne Schutzschicht schützt sie vor Oxidation. Die neue Keramik ist überdies leicht und extrem beständig bei Temperaturwechsel. Mit der Entwicklung dieser Werkstoffklasse betrat Martin Jansen Neuland. Dabei handelt es sich nicht um eine Zufallsentdeckung, denn von Beginn an wurde auf die Herstellung amorpher metastabiler Netzwerke gezielt.

Möglich war diese Entwicklung nur, weil Grundlagenforschung, Anwendungstechnik und Industrie von Anfang an eng zusammen gearbeitet haben. Wenn auch zunächst die Hochtemperaturanwendungen wie Flugzeug- und Kraftwerksturbinen dominieren dürften, zeichnen sich jetzt schon weitere Einsatzmöglichkeiten ab. Die neue amorphe Keramik könnte im 21. Jahrhundert jene bedeutende Rolle einnehmen, die Stahl im 19. Jahrhundert hatte.

Die Entwicklung der amorphen Hochleistungskeramik als Werkstoffklasse zeigt, dass Grundlagenforschung, anwendungsoffen und im Netzwerk betrieben, neue Wege eröffnet, und so dazu beiträgt, die großen Zukunftsprobleme zu lösen. Für die Jury des Wissenschaftspreises ist dies der Paradefall eines erfolgreichen Wissens- und Technologietransfers vom Labor in die industrielle Praxis.

Martin Jansen studierte in den sechziger Jahren an der Universität Gießen Chemie, wo er auch 1973 promovierte. 1978 habilitierte er sich im Fach Anorganische Chemie, übernahm von 1981 bis 1987 einen Lehrstuhl an der Universität Hannover, dann von 1987 bis 1997 an der Universität Bonn. Seit 1998 ist er Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, und leitet dort die Abteilung für Festkörperchemie. Seine Forschungsergebnisse sind inzwischen in die Standardlehrbücher eingegangen und wurden mehrfach mit Auszeichnungen gewürdigt: u.a. Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis, Otto-Bayer-Preis, Alfred-Stock-Gedächtnis-Preis.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Angela Lindner
Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.
Tel.: +49 2 01 84 01-158, Fax: -459
E-Mail: a.lindner@stifterverband.de

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fkf.mpg.de
http://www.stifterverband.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Neues Material macht Kältemaschinen energieeffizienter
10.04.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics