Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Funktionsmaterialien für alternative Energien im Visier

18.08.2006
"Die meisten Erfindungen werden durch Zufall gemacht. Wir wollen gezielt und kontrolliert Eigenschaften von Materialien verändern und dabei trotzdem genügend Freiräume für Zufälle lassen." So beschreibt Anke Weidenkaff ihr Vorgehen beim Entwickeln neuer Funktionsmaterialien für Energieumwandlungs- und Umwelttechnologien. Sie ist seit 1. Mai 2006 Leiterin der Empa-Abteilung "Festkörperchemie und -katalyse".

Es passierte auf einer wissenschaftlichen Konferenz; Anke Weidenkaff, die in Kiel und Hamburg Chemie studiert hatte, kam ins Gespräch mit Solarchemikern, war fasziniert von dem, was sie da vernahm - und wusste augenblicklich: "ihr" Forschungsgebiet sind die alternativen Energiequellen. Seither befasst sie sich mit verschiedenen Feststoffen, die eine Form von Energie in eine andere umwandeln können. Nach ihrer Doktorarbeit am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen und der ETH Zürich sowie einem Postdoc-Aufenthalt am Solarforschungs-Institut des "Centre national de la recherche scientifique (CNRS)" im französischen Font-Romeu habilitierte sie an der Universität Augsburg und erhielt eine Gastprofessur an der Universität Caen. Ende 2003 folgte sie dem Ruf der Empa nach Dübendorf.

Von der Gruppenleitung zur Abteilungsspitze

An der Empa baute sie erfolgreich die Gruppe "Festkörperchemie" auf, die als erstes Team hier zu Lande neue perowskitartige Thermoelektrika zu entwickeln begann. "Sehr gut" laufe dies, berichtet Anke Weidenkaff. "Wir haben bereits nach kurzer Zeit angefangen, eine wichtige Rolle in der Perowskitforschung zu spielen, und haben die internationale Perowskit-Konferenz ins Leben gerufen". Perowskite - keramische Materialien mit einer speziellen Kristallstruktur - eignen sich unter anderem als Energiewandler von mechanischer oder thermischer Energie - sprich Wärme - in Elektrizität. Perowskite liegen im Trend; jährlich erscheinen derzeit mehr als 2500 Publikationen in angesehenen Fachblättern über diese Verbindungen, die dadurch zu einer der wichtigsten Materialklassen der Chemie avancierten.

Im Frühjahr 2006 ernannte die Empa-Direktion Anke Weidenkaff nach einem internationalen Auswahlverfahren zur Leiterin der Abteilung "Festkörperchemie und -katalyse". In ihrer neuen Position gäbe es eigentlich keine grossen Unterschiede zur vorherigen Arbeit als Gruppenleiterin, meint sie gut 100 Tage nach Antritt der neuen Funktion. "Das Wichtigste für eine Abteilung ist, dass das Team motiviert und kompetent zusammenarbeitet. Keine Frage, meine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erfüllen diesen Anspruch, wir können uns aufeinander verlassen."

Materialforschung zum Wohl der Umwelt

Der Abteilungsname ist Programm. "Die Festkörperchemie bildet die Grundlage, von der wir weitergehen in Richtung Anwendungen und Materialdesign für Energieumwandlungs- und Umwelttechnologien", erklärt Anke Weidenkaff. "Nur wenn wir die Eigenschaften von Materialien grundlegend verstehen, können wir neue Werkstoffe mit bestimmten erwünschten Funktionen gezielt herstellen." Die Untersuchung von Materialstruktur, Eigenschaften und Interaktionen sei das Band, welches die drei Gruppen - "Festkörperchemie", "Feststoffanalytik" und "Festkörperkatalyse" - zusammenhalte.

Ein bedeutender Forschungsbereich ist das "Massschneidern" von Energiewandlern, die beispielsweise die Wärme der Sonnenstrahlen in elektrische Energie oder elektrische in chemische Energie umwandeln. Die Energieumwandlung wird durch den Transport von Elektronen oder Ionen, die als "Energieträger" fungieren, ermöglicht. Anke Weidenkaff und ihr Team untersuchen, wie die geladenen Teilchen in verschiedenen Festkörpern transportiert werden, und wie dieser Energietransport kontrolliert werden kann. Dabei experimentieren die ForscherInnen mit an der Empa entwickelten neuartigen Materialien mit Perowskitstruktur sowie mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen. "Unsere Herausforderung ist es, den Gegensatz zwischen Reaktivität und Stabilität eines Materials optimal zu nutzen", begeistert sich die Chemikerin. Viel versprechend seien so genannte mesoporöse Materialien, also Materialien mit Porengrössen zwischen 2 und 50 Nanometer. Dank der feinen Porenstruktur weisen solche Materialien eine grosse Oberfläche auf, was sie sehr reaktionsfreudig mache. Da mesoporöse Materialien gleichzeitig auch stabil sind, bieten sie sich geradezu an, chemische Energie aus so genannten Redoxreaktionen - wie sie unter anderem in einer Brennstoffzelle ablaufen - in andere Energieformen umzuwandeln.

Der Frage, wie sich der durch Menschen verursachte Ausstoss von Schadstoffen reduzieren oder gar verhindern lässt, geht die Gruppe "Katalyse" nach. So sucht sie beispielsweise nach neuen Materialien und Technologien für eine "sauberere" Erdgasverbrennung sowie nach Ersatzmaterialien für edelmetallhaltige Abgaskatalysatoren; denn Palladium, Platin oder Rhodium - die Bestandteile herkömmlicher Katalysatoren - sind sehr teure und knappe Rohstoffe. Perowskitartige Materialien seien hier denkbare Alternativen, so Weidenkaff.

Die neu ausgerichtete Abteilung ist nicht nur Empa-intern sehr gut vernetzt.

Neben gemeinsamen Projekten mit dem PSI und dem "Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT)" in Caen bestehen Kontakte mit der Universität Augsburg, und eine Zusammenarbeit mit der "Academy of Science" in Prag bahnt sich gerade an.

Freude an der Ausbildung von NachwuchswissenschaftlerInnen

Zurzeit betreut Anke Weidenkaff vier Doktorierende - aus Frankreich, Spanien, Weissrussland und Russland - sowie eine Diplomandin aus der Schweiz. "Ich habe sehr viel Spass daran, und die jungen Leute sind sehr erfolgreich", sagt sie. "Da unsere Doktorandinnen und Doktoranden nicht wie an einer Universität Praktika betreuen müssen, übernehmen sie neben ihrer eigentlichen Forschungsarbeit noch andere Aufgaben." So organisieren und gestalten sie beispielsweise Seminare und "hands-on"-Workshops an der Empa, an denen neue Methoden zur Charakterisierung von Festkörpern sowie das Arbeiten mit neuen Computerprogrammen vermittelt werden und die NachwuchsforscherInnen mit eingeladenen ExpertInnen ihre Projekte diskutieren.

Text: Daniela Wenger

Fachliche Informationen:
Dr. Anke Weidenkaff, Abteilung Festkörperchemie und -katalyse, Tel. +41 44 823 4131, anke.weidenkaff@empa.ch
Redaktion (Text und Bilder):
Sabine Voser, Abteilung Kommunikation, Tel. +41 44 823 45 99, sabine.voser@empa.ch

Martina Peter | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Berichte zu: Festkörperchemie Funktionsmaterial

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Quantenanomalien: Das Universum in einem Kristall
21.07.2017 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

nachricht Projekt »ADIR«: Laser bergen wertvolle Werkstoffe
21.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse

Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch „zuspitzen“. Das klingt überraschend, aber ein Team aus theoretischen und Experimentalphysikern hat dafür eine Methode entwickelt und realisiert. Sie verwendet präzise mit den Pulsen synchronisierte schnelle Bewegungen einer mit dem Röntgenlicht wechselwirkenden Probe. Dadurch gelingt es, Photonen innerhalb des Röntgenpulses so zu verschieben, dass sich diese im gewünschten Bereich konzentrieren.

Wie macht man aus einem flachen Hügel einen steilen und hohen Berg? Man gräbt an den Seiten Material ab und schüttet es oben auf. So etwa kann man sich die...

Im Focus: Abrupt motion sharpens x-ray pulses

Spectrally narrow x-ray pulses may be “sharpened” by purely mechanical means. This sounds surprisingly, but a team of theoretical and experimental physicists developed and realized such a method. It is based on fast motions, precisely synchronized with the pulses, of a target interacting with the x-ray light. Thereby, photons are redistributed within the x-ray pulse to the desired spectral region.

A team of theoretical physicists from the MPI for Nuclear Physics (MPIK) in Heidelberg has developed a novel method to intensify the spectrally broad x-ray...

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Ferienkurs mit rund 600 Teilnehmern aus aller Welt

28.07.2017 | Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Zirkuläre Wirtschaft: Neues Wirtschaftsmodell für die chemische Industrie?

28.07.2017 | Studien Analysen

Assistenzsysteme für die Blechumformung

28.07.2017 | Maschinenbau

Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse

28.07.2017 | Physik Astronomie