Materialwissenschaften

Forschende des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg und des SLAC National Accelerator Laboratory in den Vereinigten Staaten haben neue Erkenntnisse über die Entwicklung des lichtinduzierten ferroelektrischen Zustands in SrTiO₃ gewonnen. Sie setzten das Material Laserpulsen im mittleren Infrarot- und Terahertzbereich aus und stellten fest, dass die Fluktuationen der Atompositionen unter diesen Bedingungen reduziert werden. Dies könnte das Entstehen einer geordneteren dipolaren Struktur als im Gleichgewicht und eines lichtinduzierten ferroelektrischen Zustands erklären. Mittelinfrarote und Terahertz-Frequenz-Laserimpulse sind…

Lösungen für qualitätsgesicherten 3D-Druck mit Kunststoffen. Mitteldeutschland als »3D-Druck-Region« etablieren, neue Anwendungsfelder erschließen und die additive Fertigung mit thermoplastischen Kunststoffen auch für kleine und mittlere Unternehmen wirtschaftlich nutzbar machen: Mit diesem Ziel haben sich 15 Partner im Projekt »AddiQ« zusammengeschlossen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) bringt sich dabei in Projekte zu hochbelastbaren Bauteilen für das Transportwesen und für leichte, komfortable Orthesen ein. Fast 10 Milliarden Euro betrug 2022 der weltweite Umsatz mit additiver…

Hochentropie-Legierungen halten extremer Hitze und Belastung stand und eignen sich daher für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen. Einblicke in Ordnungsprozesse und Diffusionsphänomene in diesen Materialien hat nun eine neue Studie an der Röntgenquelle BESSY II geliefert. An der Studie waren Teams des HZB, der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, der Universität Lettland und der Universität Münster beteiligt. Das Team analysierte Proben einer sogenannten Cantor-Legierung, die aus fünf 3d-Elementen besteht: Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel. Die kristallinen Proben (kubisch-flächenzentriert, fcc) wurden…

Forschungsteam identifiziert hunderte Vertreter einer besonders hitzebeständigen Materialklasse. Ein internationales Forschungsteam hat ein Verfahren entwickelt, um neuartige Materialien zu berechnen, die bei extrem hohen Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius funktionieren. Diese leistungsfähigen Keramiken könnten eines Tages die Grundlage für robustere Beschichtungen, Batterien und strahlungsbeständige Geräte bilden. Einen entscheidenden Beitrag zu den Forschungsergebnissen, die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature (DOI:10.1038/s41586-023-06786-y) veröffentlicht wurden, leistete Dr. Rico Friedrich, Wissenschaftler der TU Dresden und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR). Elektronische Geräte, die lavaähnlichen Temperaturen…

LZH forscht an sauerstofffreier Produktion. Bei der Metallverarbeitung ist Oxidation ein leidiges Thema. Abhilfe schaffen könnte die Produktion in sauerstofffreier Umgebung. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) erforscht, wie sich dieses Konzept in der Additiven Fertigung und beim Löten umsetzen lässt. Sauerstoff ist in vielen Produktionsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie ein Störfaktor: Die Oxidschichten, die beim Bearbeiten von Metallen durch den Sauerstoff in der Umgebung entstehen, können das Fügen von Werkstücken erschweren und den Verschleiß von Bauteilen und Werkzeugen beschleunigen….

Textile Bodenbeläge mit Flammschutzmitteln verringern das Risiko eines Brandes. In gewerblichen Gebäuden werden derartige Bodenbeläge in großen Mengen verbaut. Das Recycling dieser Materialien ist jedoch schwer umzusetzen, denn die Bodenbeläge bestehen aus mehreren miteinander verbundenen Schichten und die etablierten Flammschutzmittel sind meist ökologisch problematisch. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) und das Institut für Bodensysteme (TFI) haben ein Konzept entwickelt, das den Anteil an Flammschutzmitteln in den Teppichgarnen vermindert – bei gleichbleibend hohem Flammschutz. Die Struktur des textilen…

CASUS-Wissenschaftler an umfangreicher Verifizierung bestehender Computercodes für Werkstoffsimulationen maßgeblich beteiligt. Fachleuten aus Physik und Materialwissenschaften stehen eine ganze Reihe von Computercodes zur Verfügung, die das Verhalten von Materialien simulieren und deren Eigenschaften vorhersagen. Um zu überprüfen, ob die Ergebnisse der verschiedenen Codes vergleichbar, schlüssig untereinander und reproduzierbar sind, hat eine große Gruppe von Wissenschaftler*innen die bisher umfassendste Verifikationsstudie zu diesem Thema durchgeführt. Sie bietet einen Referenzdatensatz sowie etliche Leitlinien zur Bewertung und Verbesserung bestehender und neuer Codes. Die von Forscher*innen…

Form, Größe und optische Eigenschaften von 3-dimensionalen Nanostrukturen lassen sich nun vorab simulieren, bevor diese hochpräzise auf verschiedensten Oberflächen direkt hergestellt werden können. Messsonden oder optische Pinzetten mit Größen im Nanometerbereich rücken dadurch in greifbare Nähe. Seit etwa 20 Jahren ist es möglich, Oberflächen so mit Nanopartikeln zu versehen, dass sie auf eine gewünschte Weise Licht konzentrieren, manipulieren oder eine Reaktion auslösen. Zu finden sind solche optisch aktiven Nanostrukturen etwa in Solarzellen und biologischen oder chemischen Sensoren. Um deren Einsatzbereich…

… als nachhaltiger Ersatz für Kunststoffverpackungen. Drittmittelgefördertes Forschungsprojekt unter der Leitung der DHBW Karlsruhe erfolgreich abgeschlossen. Wissenschaftler*innen der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Karlsruhe haben das Forschungsprojekt “3D-ThermoCell” erfolgreich abgeschlossen, das sich auf die Entwicklung eines thermoformbaren Papierwerkstoffs als umweltfreundliche Alternative zu Kunststoffverpackungen konzentrierte. Das interdisziplinäre Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, der Tecnaro GmbH, der Mack Kunststofftechnik GmbH und der Mainteam Bild – Text – Kommunikation GmbH durchgeführt. Es erstreckte sich über zweieinhalb Jahre und wurde…

Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen geben Überblick über neueste Forschung zu Licht-Materie Interaktionen. Ein Team von Wissenschaftler*innen des Fritz-Haber-Instituts, der City University of New York und der Universidad de Oviedo hat einen umfassenden Review-Artikel in der Fachzeitschrift „Nature Review Materials” veröffentlicht. In diesem Artikel geben sie einen Überblick über die neuesten Forschungen zu Polaritonen, winzigen Teilchen, die entstehen, wenn Licht und Material auf spezielle Weise interagieren. In den letzten Jahren haben Forscher*innen weltweit herausgefunden, dass es verschiedene Arten von Polaritonen…

Materialien auf der Nanoskala bearbeiten, Prototypen für die Mikroelektronik fertigen oder biologische Proben analysieren: Die Bandbreite für den Einsatz von fein fokussierten Ionenstrahlen ist riesig. Einen Überblick über die vielfältigen Möglichkeiten und eine Roadmap für die Zukunft haben Expert*innen aus der EU-Kooperation FIT4NANO nun gemeinsam erarbeitet. Der Beitrag ist in Applied Physics Review publiziert und richtet sich an Studierende, Anwender*innen aus Industrie und Wissenschaft sowie die Forschungspolitik. „Uns war klar, dass man fokussierte Ionenstrahlen sehr vielseitig einsetzen kann, und wir…

Skier mit funktionalen Oberflächen als Alternative. Die Wintersportbranche sucht nach Ersatz zum verbotenen fluorhaltigen Ski-Wachs. Wissenschaftler:innen des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) haben eine umweltfreundliche Alternative entwickelt, unter der die Fahrperformance nicht leidet: Skier mit innovativer Mikrostruktur. Ob im Profibereich oder für Hobby-Wintersportler: Das Wachsen von Skiern und Snowboards ist ein wichtiger Faktor, um besser zu gleiten und höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Die dafür üblicherweise verwendeten Produkte enthalten Per- und Polyfluorierte Alkane, sogenannte PFAS. Einige davon haben in Tierversuchen gesundheitsgefährdende…

Forschende aus Chemnitz, Dresden und Shenzhen (China) beschreiben in einem Artikel im renommierten Fachjournal „Nature Nanotechnology“, wie winzige magnetische Federn medizinische Anwendungen einen großen Schritt weiterbringen können. Die Integration eines mechanischen Gedächtnisses in Form von Federn ist seit Hunderten von Jahren eine Schlüsseltechnologie für mechanische Geräte (z. B. Uhren), die durch komplexe autonome Bewegungen eine erweiterte Funktionalität erreichen. Heute hat die Integration von Federn in die siliziumbasierte Mikrotechnologie die Welt planarer, massenproduzierbarer mechatronischer Geräte revolutioniert, von denen wir alle profitieren,…

Forschungsgruppe der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Universität Leipzig und Universität Wien entwickelt ein Glasmaterial, das Gase präzise voneinander trennt. Um Kohlendioxid-Moleküle aus Gasgemischen abzutrennen, braucht es Materialen mit äußerst feinen Poren. Eine Möglichkeit dafür haben nun Forschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena in Kooperation mit der Universität Leipzig und Universität Wien gefunden: Sie wandelten kristalline Metall-Organische Gerüstverbindungen in Glas um. Dabei gelang es ihnen, die Poren des Materials so zu verkleinern, dass sie für bestimmte Gasmoleküle undurchlässig werden. Das berichten sie im Fachmagazin „Nature…

Bayreuther Wissenschaftlern stellen superharte multifunktionelle Kohlenstoffnitride her. In einer bahnbrechenden Forschungsarbeit haben Wissenschaftler lang gesuchte Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen synthetisiert und das Potenzial von Kohlenstoffnitriden als neue Klasse von superharten multifunktionellen Materialien erschlossen, die es mit Diamant aufnehmen könnten. Die Arbeit wurde nun in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Das Bayreuther Team Seit 1989, als in der Zeitschrift Science eine Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung C₃N₄ mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften angekündigt worden war, die möglicherweise die Härte von Diamant übertreffen, arbeiten Forscher*innen weltweit an diesem Thema. Der…

Forschende des Bayerischen Zentrums für Batterietechnik und des Forschungsverbunds „SolTech“ an der Universität Bayreuth haben eine neue Herstellungsmethode für Elektrokatalysatoren vorgestellt: eine schnelle Niedrigtemperatur-Synthese spezieller keramischer Werkstoffe (Hochentropie-Oxide). Die Ergebnisse des Lehrstuhls für Physikalische Chemie III und des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf können so die Elektrolyse von Wasser und die damit verbundene Wasserstoffherstellung zukünftig energiesparender ermöglichen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht. Derzeit werden vor allem Elektrokatalysatoren eingesetzt, die auf Iridium- oder Rutheniumoxidbasis arbeiten,…