Materialwissenschaften

… nachhaltiger, kostengünstiger, schonender. Klinisch wirksam, maßgefertigt, unauffällig und komfortabel – die Anforderungen an Aligner für die Therapie von Zahnfehlstellungen sind hoch. So auch an das Material der Korrekturschienen. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park entwickelte nun zusammen mit dem Universitätsklinikum Düsseldorf ein hochfunktionales Material, das ganz neue Behandlungskonzepte ermöglicht und Kosten reduziert. Dabei setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf Polymere mit Formgedächtniseigenschaften. Das neuartige Material verbindet effektive Zahnbewegungen mit effizienterer Ressourcennutzung. »Aligner aus…

Sauberes Trinkwasser ist essentiell. Wie man Grundwasser daher von Schadstoffen wie Glyphosat effizient befreien kann, zeigte nun ein internationales Forschungsteam um Dominik Eder. Verunreinigtes Trinkwasser ist eine große Gefahr für unsere Gesundheit. Verschiedene Schadstoffe wie Pestizide, Herbizide, Hormone, Medikamente und andere chemische Verbindungen können mit den derzeit zur Verfügung stehenden Methoden jedoch nicht vollständig aus dem Grundwasser entfernt werden. Gleichzeitig nimmt die Verunreinigung durch diese Stoffe stetig zu. Ein aktuelles Beispiel dafür ist Glyphosat, das weltweit zur Unkrautbekämpfung eingesetzt wird…

Wandelt man CO2 in Synthesegas um, erhält man einen wertvollen Ausgangsstoff für die chemische Industrie. Wie dies sogar bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck funktioniert, zeigen Forschende der TU Wien. Wer an CO2 denkt, dem kommen vermutlich schnell Begriffe wie klimaschädlich oder Abfallprodukt in den Sinn. Während CO2 das lange war – ein reines Abfallprodukt – werden immer mehr Verfahren entwickelt, mit denen sich das Treibhausgas in wertvolle Rohstoffe umwandeln lässt. Die Chemie spricht dann von „value-added chemicals“. Ein neues Material, mit…

Photonische Zeitkristalle, deren Eigenschaften sich periodisch ändern, versprechen wesentliche Fortschritte in Mikrowellentechnik, Optik und Photonik. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun zusammen mit Partnern an der Aalto University und der Stanford University erstmals einen zweidimensionalen photonischen Zeitkristall hergestellt und wichtige Anwendungen demonstriert. Ihr Ansatz vereinfacht die Herstellung photonischer Zeitkristalle und kann die Effizienz künftiger Kommunikationssysteme verbessern. Die Forschenden berichten in Science Advances. (DOI: 10.1126/sciadv.adg7541) Zeitkristalle gehören im weitesten Sinne zu den sogenannten Metamaterialien, die künstlich hergestellt sind…

Verbundwerkstoffe sorgen etwa in Flugzeugteilen, Freizeitgeräten und Haushaltsgegenständen für Stabilität. Die meisten dieser Werkstoffe haben jedoch einen schlechten CO2-Fußabdruck und sind nicht natürlich abbaubar. Eine nachhaltigere Alternative hat ein Team der Universität Stuttgart unter Leitung von Dr. Linus Stegbauer vom Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP) entwickelt – einen vollständig biobasierten Verbundwerkstoff aus Flachsfasern und dem Biopolymer Chitosan. Wie ihr Name schon sagt, bestehen Verbundwerkstoffe aus mindestens zwei Ausgangsmaterialen, die so miteinander kombiniert und verbunden werden, dass das Endprodukt bestimmte…

Bei der Transformation zu einer CO2-neutralen Gesellschaft wird Wasserstoff eine zentrale Rolle spielen. Gemessen am heutigen Verbrauch verfünffacht sich Schätzungen zufolge der weltweite Wasserstoff-Bedarf bis 2050 auf 550 Millionen Tonnen. Bei der Verflüssigung geht jedoch ein Drittel des Energieinhalts von Wasserstoff verloren. In dem mit rund fünf Millionen Euro geförderten Horizont Europa-Projekt HyLICAL will nun ein Team unter Mitwirkung des HZDR, der TU Darmstadt und MAGNOTHERM Technologien zur Speicherung von Flüssigwasserstoff deutlich verbessern. Dafür setzt das Team auf magnetokalorische Materialien:…

Ursache gefunden: Supraleiter übertragen elektrischen Strom verlustfrei über jede Entfernung und spielen eine wichtige Rolle bei Quantencomputern und medizinischer Bildgebung. Ein vielversprechendes Material sind Nickelate, Oxidverbindungen auf Nickel- und Neodymbasis. Sie wurden 2019 entdeckt; die Mechanismen, die sie supraleitend machen, waren bisher nicht geklärt. Die Ursache gefunden hat nun ein internationales Team unter Leitung der US-amerikanischen Cornell University. Zu ihm gehörten auch eine Physikerin und ein Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE). Die Entdeckung könnte helfen, neue verbesserte Supraleiter herzustellen. Die…

Materialforschende entwickeln wiederverwendbares Nanomaterial für ultrasensitive Analysen. Selbst geringe Schadstoffenspuren in Wasser oder anderen Flüssigkeiten lassen sich mit spektroskopischen Untersuchungsmethoden nachweisen. Für den Einsatz in der Forensik, der Sicherheitsbranche, der Lebensmittelindustrie oder der medizinischen Diagnostik sind Methoden wie die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS, surface-enhanced Raman scattering) allerdings noch zu teuer und nicht zuverlässig genug. Einem Forschungsteam aus der Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es jetzt gelungen, die Leistungsfähigkeit der Methode um das 50-fache zu steigern. Sie entwickelten ein Substrat…

Entdeckung von Katalysatormolekülen für die organische Synthese durch einen evolutionären Algorithmus. Mit einem evolutionären Rechenverfahren hat ein Forschungsteam erstmals einen organischen Katalysator entdeckt, der eine bessere Leistung zeigt als bekannte Katalysatoren. Wie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, produzierte ein genetischer Algorithmus für eine gängige Reaktion in der organischen Synthese Molekülstrukturen, die katalytisch hoch aktiv waren, aber als Katalysatoren zuvor noch nicht untersucht wurden. Das Rechenverfahren könnte sich allgemein für die Suche nach besseren molekularen Katalysatoren eignen, schreibt das Team….

Forschende im Bereich Soft-Robotik setzen auf Nachhaltigkeit. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart, der Johannes Kepler Universität in Linz (Österreich) und der University of Colorado in Boulder (USA) haben vollständig biologisch abbaubare, leistungsstarke künstliche Muskeln entwickelt. Ihr Forschungsprojekt ist ein wichtiger Schritt hin zu mehr Nachhaltigkeit im Bereich der Soft-Robotik. Künstliche Muskeln sind eine Zukunftstechnologie, die es Robotern eines Tages ermöglichen könnte, wie lebende Organismen zu funktionieren. Künstliche Muskeln eröffnen viele neue Möglichkeiten, wie Roboter die Welt um…

Durch Fehlordnung zum ferromagnetischen topologischen Isolator. Magnetische topologische Isolatoren gelten als Hoffnungsträger einer Materialrevolution, denn die exotische Werkstoffklasse leitet Elektronen ganz ohne Widerstand. Mit dem Design des ferromagnetischen topologischen Isolators MnBi6Te10 aus der Mangan-Bismut-Tellurid-Familie ist es einem Team des Exzellenzclusters ct.qmat der Universitäten Würzburg und Dresden jetzt gelungen, einen Meilenstein auf dem Weg zu energieeffizienten Quantentechnologien zu setzen. Das Verblüffende an diesem Quantenmaterial: Sein Ferromagnetismus entsteht erst, wenn manche Atome ihre Plätze tauschen und so Fehlordnung ins System bringen. Die…

Internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung optimiert Effizienz thermoelektrischer Materialien und veröffentlicht neueste Ergebnisse in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials. In Zeiten knapper Energie sind nachhaltige Wege zur Energiegewinnung essentiell. So könnten zum Beispiel thermoelektrische Materialien zur Umwandlung von Abwärme in Energie genutzt werden. Allerdings ist diese Umwandlung bisher nicht effizient genug, um im industriellen Großmaßstab verwendet zu werden. Um die Effizienz zu steigern und grünen Strom aus Abwärme zu erzeugen, ist ein besseres Verständnis der funktionellen und…

– kostensparend und umweltfreundlich. Die DITF haben ein nachhaltiges und kostensparendes Verfahren entwickelt, um Carbonfasern aus Lignin herzustellen. Dabei handelt es sich um einen günstigen und in großen Mengen verfügbaren Rohstoff, der als Abfallprodukt in der Papierproduktion anfällt. Das Verfahren bietet ein hohes Energiesparpotential und ist besonders umweltfreundlich. Es nutzt natürliche, nachwachsende Rohstoffe und kommt ohne Lösungsmittel aus. Neuer Rohstoff ersetzt etabliertes Verfahren Carbonfasern werden im industriellen Maßstab gewöhnlich aus Polyacrylnitril (PAN) hergestellt. Die Stabilisierung und die Carbonisierung der Fasern…

MXene können große Mengen elektrischer Energie speichern und lassen sich dabei sehr schnell auf- und entladen. Damit vereinen MXene die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren und gelten als spannende neue Materialklasse für die Energiespeicherung: Das Material ist wie eine Art Blätterteig aufgebaut, die MXene-Schichten sind durch dünne Wasserfilme getrennt. Ein Team am HZB hat nun an der Röntgenquelle BESSY II untersucht, wie Protonen in diesen Wasserfilmen wandern und den Ladungstransport ermöglichen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications…

… mithilfe einer neuen Mikrowellen-Atmosphärendruck-Plasmaquelle. Nichtthermische atmosphärische Plasmen eignen sich hervorragend zur Vorbehandlung von thermoplastischen Werkstoffen, um die Verklebbarkeit, Bedruckbarkeit oder Lackierbarkeit zu verbessern. Wesentliches Ziel ist dabei, die Oberflächenenergie zu erhöhen, um die aktivierte Bauteiloberfläche besser haftfähig zu machen. Kompakte neue Plasmaquelle Das Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) hat eine kompakte Plasmaquelle mit Mikrowellenanregung neu entwickelt. Inzwischen wurde untersucht, inwieweit sie sich zur Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen eignet. Die Ergebnisse dieser Arbeiten, die zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von…

Forschende der ETH Zürich erreichten erstmals einen Formgedächtniseffekt bei Objekten, die nur wenige Nanometer dünn sind. Das lässt sich nutzen, um winzige Maschinen und kleine Roboter im Nanomassstab herzustellen. Legierungen, die nach Verformungen zu ihrer Ausgangsstruktur zurückwechseln können, besitzen ein sogenanntes Formgedächtnis. Dieses Phänomen und die daraus resultierenden Kräfte werden in vielen maschinellen Antriebssystemen angewendet, beispielsweise bei Generatoren oder Hydraulikpumpen. Jedoch konnte dieser Formgedächtniseffekt bis anhin nicht im kleinen Nanobereich genutzt werden: Bei vielen Legierungen mit Formgedächtnis wechseln Objekte nur…