Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie man schneller zu neuen Materialien kommt

10.07.2019

Von neuen Materialien hängt vieles ab, zum Beispiel effiziente Energieumwandlung für umweltfreundliche Antriebe der Zukunft. Die Entdeckung solcher Materialien hängt noch viel zu sehr vom Zufall ab, meint Prof. Dr. Alfred Ludwig, Inhaber des Lehrstuhls „Materials Discovery and Interfaces“ der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Wie das dank Digitalisieriung und künstlicher Intelligenz künftig zielgerichteter und schneller gehen könnte, beschreibt er in der Zeitschrift NPJ Computational Materials vom 10. Juli 2019.

Ein unerforschter Kosmos möglicher Materialien


Die Menge an potenziellen neuen Materialien, die sich aus den Elementen des Periodensystems zusammensetzen lassen, ist unüberschaubar groß – selbst wenn man sich auf die 40 bis 50 Elemente beschränkt, die ungiftig, umweltfreundlich und in ausreichender Menge auf der Erde vorhanden sind.

Der größte Teil dieser Möglichkeiten ist noch unerforscht. Entdeckungen wurden in der Vergangenheit oft nur zufällig gemacht.

Neue Methoden der Herstellung solcher Materialien eröffnen die Möglichkeit, effizienter vorzugehen. „Indem wir in unserem Labor ein Trägermaterial aus drei oder mehr verschiedenen Richtungen mit Atomen verschiedener Elemente beschichten, die sich je nach Ort auf dem Träger in unterschiedlichen Mengen vermischen, stellen wir sogenannte Dünnschicht-Materialbibliotheken her“, erklärt Alfred Ludwig.

Analyse im Hochdurchsatzverfahren

Um diese Bibliotheken allerdings nutzbar zu machen, muss man sie nicht nur im Hochdurchsatzverfahren herstellen, sondern die Eigenschaften der darin verzeichneten Materialien auch genauso effizient analysieren. Nur so lässt sich herausfinden, ob sich in einer Bibliothek an irgendeinem Punkt eine Materialzusammensetzung verbirgt, die für eine Anwendung interessante Eigenschaften hat.

„Um den gesamten Prozess der Entdeckung neuer Materialien zu beschleunigen, wäre es wünschenswert, dass nicht nur die Messungen, sondern auch die Analysen automatisiert stattfinden“, so Ludwig.

Zumindest teilautomatisiert wünscht er sich auch die Nutzung einer Datenbank, um der enormen Menge zu erwartender Materialdaten Herr zu werden. „Wichtig ist außerdem, dass diese Daten kompatibel für Forschungsgruppen unterschiedlicher Disziplinen sind“, gibt er zu bedenken.

Nicht nur die Daten erfolgversprechender Elementzusammensetzungen, sondern auch aller anderen sollten dokumentiert werden. „Das dient dazu, dass maschinelles Lernen ermöglicht wird und künstliche Intelligenz die Wissenschaft bei der Suche nach neuen Materialien unterstützt“, so Ludwig.

Originalveröffentlichung

Alfred Ludwig: Discovery of new materials using combinatorial synthesis and high-throughput characterization of thin-film materials libraries combined with computational methods, in: NPJ Computational Materials 2019, DOI: 10.1038/s41524-019-0205-0: https://www.nature.com/articles/s41524-019-0205-0

Pressekontakt

Prof. Dr. Alfred. Ludwig
Werkstoffe der Mikrotechnik
Institut für Werkstoffe
Fakultät für Maschinenbau
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 27492
E Mail: alfred.ludwig@rub.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Alfred. Ludwig
Werkstoffe der Mikrotechnik
Institut für Werkstoffe
Fakultät für Maschinenbau
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 27492
E Mail: alfred.ludwig@rub.de

Originalpublikation:

Alfred Ludwig: Discovery of new materials using combinatorial synthesis and high-throughput characterization of thin-film materials libraries combined with computational methods, in: NPJ Computational Materials 2019, DOI: 10.1038/s41524-019-0205-0: https://www.nature.com/articles/s41524-019-0205-0

Weitere Informationen:

https://news.rub.de/wissenschaft/2019-06-17-interview-entdeckungen-sind-die-haup... - Interview mit Alfred Ludwig
https://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=TlTUq9g0PyQ - so werden Materialbibliotheken hergestellt

Meike Drießen | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Knobeln auf dem Quanten-Schachbrett

Physiker der Universität Innsbruck schlagen ein neues Modell vor, mit dem die Überlegenheit von Quantencomputern gegenüber klassischen Supercomputern bei der Lösung von Optimierungsaufgaben gezeigt werden könnte. Sie demonstrieren in einer aktuellen Arbeit, dass schon wenige Quantenteilchen genügen würden, um das mathematisch schwierige Damenproblem im Schach auch für größere Schachbretter zu lösen.

Das Damenproblem ist eine schachmathematische Aufgabe, die schon den großen Mathematiker Carl Friedrich Gauß beschäftigt hat, für die er aber erstaunlicher...

Im Focus: Ladungstransfer innerhalb von Übergangsmetall-Farbstoffen analysiert

In farbstoffbasierten Solarzellen sorgen Übergangsmetall-Komplexe dafür, dass Licht in elektrische Energie umgewandelt wird. Bisher ging man davon aus, dass innerhalb des Moleküls eine räumliche Ladungstrennung stattfindet. Dass dies eine zu simple Beschreibung des Prozesses ist, zeigt eine Analyse an BESSY II. Erstmals hat dort ein Team die fundamentalen elektronischen Prozesse rund um das Metallatom und seine Liganden untersucht. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie, International Edition“ erschienen und stellt das Titelbild.

Organische Solarzellen wie die Grätzel-Zelle bestehen aus Farbstoffen, die auf Übergangsmetall-Komplex-Verbindungen basieren. Sonnenlicht regt die äußeren...

Im Focus: Graphen aus Kohlendioxid

Die chemische Verbindung Kohlendioxid kennt die Allgemeinheit als Treibhausgas in der Atmosphäre und wegen seines klimaerwärmenden Effekts. Allerdings kann Kohlendioxid auch ein nützlicher Ausgangsstoff für chemische Reaktionen sein. Über eine solche ungewöhnliche Einsatzmöglichkeit berichtet nun eine Arbeitsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in der Fachzeitschrift ChemSusChem. Sie nutzt Kohlendioxid als Ausgangstoff, um das derzeit sehr intensiv untersuchte Technologiematerial Graphen herzustellen. (DOI: 10.1002/cssc.201901404)

Die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle und Erdöl liefert Energie für Strom, Wärme und Mobilität, aber führt auch zum Anstieg der Kohlendioxidmenge in...

Im Focus: Extremely hard yet metallically conductive: Bayreuth researchers develop novel material with high-tech prospects

An international research group led by scientists from the University of Bayreuth has produced a previously unknown material: Rhenium nitride pernitride. Thanks to combining properties that were previously considered incompatible, it looks set to become highly attractive for technological applications. Indeed, it is a super-hard metallic conductor that can withstand extremely high pressures like a diamond. A process now developed in Bayreuth opens up the possibility of producing rhenium nitride pernitride and other technologically interesting materials in sufficiently large quantity for their properties characterisation. The new findings are presented in "Nature Communications".

The possibility of finding a compound that was metallically conductive, super-hard, and ultra-incompressible was long considered unlikely in science. It was...

Im Focus: Superhart und doch metallisch leitfähig: Bayreuther Forscher entwickeln neuartiges Material mit Hightech-Perspektiven

Eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Bayreuth hat ein bislang völlig unbekanntes Material hergestellt: Rhenium-Nitrid-Pernitrid. Infolge einer Kombination von Eigenschaften, die bisher als inkompatibel galten, ist es für technologische Anwendungen hochattraktiv. Es handelt sich um einen superharten metallischen Leiter, der wie ein Diamant extrem hohen Drücken standhält. Ein jetzt in Bayreuth entwickeltes Verfahren eröffnet die Möglichkeit, Rhenium-Nitrid-Pernitrid herzustellen, und ist auf weitere technologisch interessante Materialien anwendbar. In "Nature Communication" werden die neuen Erkenntnisse vorgestellt.

Dass es eine Verbindung geben könnte, die metallisch leitfähig, superhart und ultra-inkompressibel ist, wurde in der Forschung lange Zeit für unwahrscheinlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

8. Technologieforum Fahrerlose Transportsysteme und mobile Roboter des Fraunhofer IPA

09.07.2019 | Veranstaltungen

Intelligente Nanopartikel für die Medizin des 21. Jahrhunderts

05.07.2019 | Veranstaltungen

Mobilität von morgen und Klimawandel im Fokus der 21. Kunststofftagung an der Hochschule Osnabrück

05.07.2019 | Veranstaltungen

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

Knobeln auf dem Quanten-Schachbrett

10.07.2019 | Physik Astronomie

Mögliche Verbindung zwischen Quantenphysik und Raumzeit entdeckt

10.07.2019 | Physik Astronomie

Hitze, Salz, Dürre: Diese Gerste trotzt dem Klimawandel

10.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

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