Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Virtueller Baukasten für Werkstoffdesign

13.08.2010
Neue Nachwuchsforschungsgruppe am MPI-P will mit Computersimulationen ihrer Nanostrukturen Eigenschaften von Materialien vorab bestimmen. Daraus ergeben sich neue Perspektiven zur Entwicklung maßgeschneiderter Werkstoffe.

Das Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) hat eine neue For-schungsgruppe unter der Leitung von Davide Donadio ins Leben gerufen. Das Hauptaugenmerk der Nachwuchswissenschaftler liegt auf theoretischen Fragen zu Nanostrukturen von Materialien und deren Transporteigenschaften.

Wie verhalten sich diese Strukturen bei verschiedenen Temperaturen? Welche Eigenschaften und Merkmale zeigt ein Material, das aus Nanostrukturen aufgebaut ist. Welche Reaktionen lassen sich bei unterschiedlichen Drücken feststellen? Viele Merkmale eines Werkstoffs lassen sich erst durch Beobachtungen im Nanometerbereich, dem millionsten Teil eines Millimeters, ergründen und ableiten.

Die Wechselwirkungen seiner Atome sind für die spezifische Kombination seiner Eigenschaften verantwortlich. Anhand von Computersimulationen können neue Testmethoden erstellt werden, um Materialien mit ausgewählten Funktionen und Eigenschaften zu synthetisieren. Aus Sicht von Donadio bietet Mutter Natur dazu vielfältiges Anschauungsmaterial. Natürlich vorkommende Materialien, wie etwa Knochensubstanzen oder Muscheln, und deren Wirkungsweise in bzw. mit lebenden Organismen enthalten aussagekräftige Hinweise, die in das Design neuer Werkstoffe einfließen sollten. Der bionische Gedanke, die Vorbildwirkung natürlicher Vorlagen, ist nicht neu, setzt hier jedoch bereits im Nanobereich an.

Nano vom Sensor bis zur Eiscreme

Die Palette möglicher Anwendung, so Donadio, sei äußerst vielfältig und reiche von der Energiegewinnung bis hin zur Lebensmitteltechnik.

Die speziellen elektronischen und strukturellen Besonderheiten einiger Materialien ermöglichen es, Hitze in elektrische Energie zu wandeln. In Bauteile integriert, vereinen solche thermoelektrischen Materialien mehrere Funktionen auf sich: Sie bauen thermische Energie ab und können diese in demselben Prozess zu elektrischer Energie einer neuen Verwendung zuführen. Solche Materialien werden zum Beispiel in Sensoren verbaut, die in Luft- und Raumfahrttechnik Verwendung finden. Diese müssten, so Donadio, zukünftig bei ausgedehnteren Anwendungen weitaus effizienter arbeiten: „Es ist eines unserer Ziele die Voraussetzungen zur Entwicklung effektiverer thermoelektrischer Materialien zu erforschen. Daneben untersuchen wir wärmeableitende Nanomaterialien, wie etwa Graphen, die zum Beispiel die Oberflächen von Computerchips kühlen könnten. Graphen, aus einer Schicht Kohlenstoffatomen bestehend, besitzt die bis dato höchste Wärmeleitfähigkeit aller uns bekannten Materialien. Das eröffnet uns eine großartige Perspektive für neue Forschungen und Anwendungen in Verbindung mit der Nanotechnik.“

Die Auswirkungen der Kristallisation lassen sich anschaulich beim Genuss von Speiseeis beobachten. Der Effekt ist allgemein bekannt: Der Appetit auf ein Eis steigt bei sommerlichen Temperaturen besonders. Holt man es aus dem Gefrierfach, um ein Schälchen zu naschen, beginnt es sofort zu schmelzen. Mit dem erneuten Einfrieren vergrößern sich an der geschmolzenen Oberfläche die bis dahin mikroskopischen Eiskristalle und werden sichtbar. Viele Konsumenten empfinden dies als Qualitätsverlust. Auch in diesem Fall ist das Kristallisationsverhalten des Eises durch seine spezifischen Mikrostrukturen vorgegeben. Signifikant ist der Zusammenhang zwischen Struktur und Temperaturverhalten. Dieser lässt sich verändern – unabhängig davon, ob Schokoladen- oder Fruchtgeschmack. Wie dies geschehen kann, versuchen Donadio und sein Team zu simulieren.

Als besonders wichtig erachtet Donadio die enge Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Arbeitsgruppen des MPI-P: „Unsere Forschungsvorhaben sind theoretischer Natur, bauen aber auf experimentellen Erkenntnissen auf. Wir werden uns deshalb mit den Forschungsgruppen hier am Institut austauschen und unser Wissen eng vernetzen.″

Daneben möchte er auch mit Unternehmen kooperieren, die mit den Ergebnissen der Forschungsgruppe die Weiterentwicklung ihrer Produkte vorantreiben.

Der aus Norditalien stammende Donadio beschäftigte sich bereits während seines Studiums in Mailand sowie bei seinen Forschungsaufenthalten an der ETH Zürich und der University of California in Davis mit Nanostrukturen aus Kohlenstoff, Kristallisationsprozessen und thermoelektrischen Materialien. Am MPI-P besitzt er nun die Möglichkeit mit einem Team diese Arbeit in einem größerem Maßstab fortzusetzen.

Stephan Imhof | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpip-mainz.mpg.de/~donadio/tnt/Welcome.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kunststoffstrang statt gefräster Facette: neue Methode zur Verbindung von Brillenglas und -fassung
28.04.2017 | Technische Hochschule Köln

nachricht Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie