Materialwissenschaften

Soll die Energiewende gelingen, werden große Mengen an Wasserstoff benötigt. Im Projekt HighHy arbeitet ein internationales Forscherteam aus Deutschland und Neuseeland daran, die noch junge Technologie der AEM-Elektrolyse zur Herstellung von grünem Wasserstoff effizienter zu machen. Dafür setzen Wissenschaftler vom Fraunhofer-IFAM in Dresden auf die gut verfügbaren und ressourcenschonenden Metalle Mangan und Nickel – und wollen das vielversprechende Elektrolyseverfahren so in die großflächige industrielle Anwendung bringen. Neben geringeren Kosten im Vergleich zu den derzeit gängigen Verfahren bietet die neue Technologie…

Nano-Isolierung ermöglicht Bauteile für Softrobotik und flexible Elektronik. Klassische Roboter, wie sie in der Industrie eingesetzt werden, können schwere Lasten stemmen und automatisierte Vorgänge präzise wiederholen, zum Beispiel in Fertigungsanlagen. Doch für feinmotorische Tätigkeiten und die Interaktion mit Menschen sind sie zu starr und zu schwerfällig. Das Forschungsfeld der Softrobotik arbeitet an Robotern aus weichen, organischen Materialien und flexiblen technischen Bauteilen. Materialforschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben jetzt ein neuartiges flexibles, elektrisch leitfähiges Material entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen…

Steigende Anforderungen an Blechumformprozesse erfordern immer umfangreichere experimentelle Charakterisierungen der Ausgangswerkstoffe. Gleichzeitig werden die verwendeten Charakterisierungsversuche durch den Einsatz dünnerer Bleche vor immer neue Herausforderungen gestellt. Das Virtuelle Labor des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg schafft Abhilfe: Es bestimmt die nötigen Kennwerte für die Auslegung des Blechumformprozesses per Simulation. Für die Weiterentwicklung des Virtuellen Labors kooperiert das Fraunhofer IWM mit der Universität Twente in den Niederlanden. Blechwerkstoffe, etwa für komplexe Autokarosserien, effiziente Plattenwärmetauscher oder handelsübliche Getränkedosen, haben eine Besonderheit:…

Drei Institute des ETH-Bereichs forschen an der sogenannten Perowskit-basierten Optoelektronik, wie zum Beispiel Solarzellen, Photodetektoren und Leuchtdioden (LEDs). Im AMYS-Projekt haben sich Labors der EPFL, der ETH Zürich und der Empa nun für vier Jahre zusammengeschlossen, um neue chemische Zusammensetzungen, aber auch einfache und skalierbare, kostengünstige Produktionsmethoden zu erforschen. Um Sonnenlicht direkt in Strom umzuwandeln, gibt es verschiedene Lösungen. Die bekanntesten sind Silizium-Solarzellen, die auf Silizium-Einkristallen basieren. Solarzellen dieses Typs sind relativ dick und zerbrechlich. Als weitere Variante haben sich…

Die Miniaturisierung des Lötens. Elektronische Komponenten werden immer kleiner, komplexer und leistungsfähiger – das verlangt nach neuen Lösungen zum Fügen der Bauteile. Ein Empa-Team forscht an nanostrukturierten Fügewerkstoffen für die nächste Generation Mikroelektronik und weitere anspruchsvolle Anwendungen. Gordon Moore hatte Recht. Im April 1965 prophezeite der US-Ingenieur und spätere Mitgründer von Intel, dass sich die Zahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppeln wird. Bis heute hält diese Entwicklung fast ungebremst an – auch weil Chiphersteller weltweit…

BAM koordiniert Projekt zu schnellerem Prüfverfahren für Metalle. Metallische Werkstoffe werden in einer künftigen Wasserstoffwirtschaft für Pipelines und andere zentrale Infrastrukturen benötigt. Bisher sind die Prüfverfahren, mit denen ihre Eignung für den klimaneutralen Energieträger getestet werden kann, aufwändig und teuer. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) koordiniert ein Projekt, das eine deutlich schnellere Prüfmethode entwickelt und den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft beschleunigen soll. Das Projekt ist Teil des Wasserstoff-Leitprojekts TransHyDE, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird….

Fraunhofer-Forschenden ist es gelungen, aus bioresorbierbarem Kieselgel Renacer® eine elektroversponnene Membran herzustellen, die weder zell- noch gentoxisch ist. Diese Matrix ahmt Faserstrukturen nach, die im Bindegewebe vorkommen. Sie eignet sich daher insbesondere für regenerative Anwendungen, etwa für eine bessere Wundheilung. Die Behandlung großflächiger sowie innerer Wunden ist eine Herausforderung und kann äußerst langwierig sein. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC und des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM haben für diesen Anwendungsbereich eine bioresorbierbare Membran entwickelt, die…

Sie sind maximal einen halben Millimeter dünn und nur so lang wie ein Fingernagel, aber dennoch funktioniert kaum ein elektrisches Gerät ohne sie. Bonddrähte werden dort eingesetzt, wo elektrische Signale übertragen oder elektrische Leistung transportiert werden muss. Braucht es eine besonders intensive Leistung, wie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen oder Windkraftanlagen, kommen unter anderem Bonddrähte aus hochreinem Aluminium zum Einsatz. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg arbeitet nun an Computermodellen, mit denen die Leistungsfähigkeit der Drähte berechnet werden soll. Außerdem wollen…

Ein altbekanntes Mineral rückt durch Anwendungen in der Elektronik wieder ins Zentrum der Aufmerksamkeit: Die TU Wien zeigt, dass Glimmer Überraschungen bereithält. Glimmer ist auf den ersten Blick etwas ganz Gewöhnliches: Es ist ein häufiges Mineral, das etwa in Granit vorkommt, es wurde bereits unzählige Male untersucht, aus geologischer, chemischer und technischer Perspektive. Man könnte glauben, über so ein alltägliches Material lässt sich nichts Neuer mehr herausfinden. Doch das wäre ein Irrtum: Die Oberflächenphysikalischen Details von Glimmer wurden nämlich bisher…

… verhindert Beschlagen und unerwünschte Reflexionen. Optiken, die nicht beschlagen und kaum reflektieren – das ist künftig dank eines neuen optischen Beschichtungssystems möglich. Die von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entwickelte Technologie soll dazu beitragen, die Leistung von LiDAR-Systemen und Kameras etwa in autonom fahrenden Autos zu verbessern. Das Forschungsteam präsentiert das neue Verfahren nun mit einem Beitrag in der Fachzeitschrift »Applied Optics«. »Wenn man von der Kälte in einen warmen Raum kommt, kann die Brille…

– neue hierarchische Designstrategie für ‚schlanken‘ Stahl. Internationales Forschungsteam veröffentlicht neueste Ergebnisse für optimierte Mittelmangan-Stähle in der Fachzeitschrift Science. Fahrzeuge, Gebäude, Infrastrukturen – alles unvorstellbar ohne Stähle. Allerdings muss der eingesetzte Stahl je nach Anwendung ganz unterschiedliche Eigenschaften erfüllen. Deshalb sind ca. 2500 Stahlsorten auf dem Markt und es werden stetig neue entwickelt oder vorhandene Stahlsorten optimiert. Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler beschäftigen sich gegenwärtig vor allem mit drei Eigenschaften: Nachhaltigkeit, Festigkeit und Verformbarkeit. Gleichzeitig müssen sie die Kosten der Herstellung und…

Mitte Januar ist an der TU Clausthal die Kick-off-Veranstaltung für ein neues DFG-Projekt erfolgt. Beteiligt sind die Metallurgie-Abteilungen Gießereitechnik und Festkörperkinetik sowie das Simulationswissenschaftliche Zentrum Clausthal-Göttingen. Das Gemeinschaftsprojekt der Clausthaler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wird in den kommenden drei Jahren von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Umfang von annähernd einer Million Euro finanziert. Im Mittelpunkt des grundlagenorientierten Forschungsvorhabens stehen Grenzflächenreaktionen bei der Herstellung von innovativen Verbundgusswerkstoffen. Der genaue Name des Projektes lautet: „Grenzflächenreaktion und Diffusionskinetik an der fest-flüssig Phasengrenze von Verbundgusspartnern…

Bei der Suche nach Katalysatoren für die Energiewende sind Materialien aus mindestens fünf Elementen besonders vielversprechend. Nur gibt es davon theoretisch Millionen – wie findet man da das leistungsstärkste? Einem Bochumer Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Alfred Ludwig, Leiter des Lehrstuhls Materials Discovery and Interfaces, MDI, ist es gelungen, in einem einzigen Schritt alle möglichen Kombinationen aus fünf Elementen auf einem Träger unterzubringen. Zusätzlich entwickelten die Forschenden eine Methode, um das elektrokatalytische Potenzial jeder einzelnen der Kombinationen in dieser…

Der Grundstoff für technische Fasern sind häufig auf Erdölbasis hergestellte Polymere. In Anbetracht der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe und der Kunststoffproblematik forschte Dr. Boris Marx vom Faserinstitut Bremen e.V. nach Alternativen mit Biopolymeren und gehört zu den Nominierten für den Otto von Guericke-Preis 2022. Technische Fasern machen die Seile von Kinderschaukeln sicher oder sind bei medizinischen Operationen unverzichtbar. Der Grundstoff für diese Fasern sind häufig auf Erdölbasis hergestellte Polymere. In Anbetracht der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe und der Kunststoffproblematik forschte…

Bisher war es mit Nanopartikeln als Katalysatoren für grünen Wasserstoff wie mit Ruderern in einem Achter: Man konnte nur die durchschnittliche Leistung messen, nicht aber herausfinden, wer der Beste ist. Eine neue Methode, die die Gruppe um Prof. Dr. Kristina Tschulik, Leiterin des Lehrstuhls für Elektrochemie und nanoskalige Materialien an der Ruhr-Universität Bochum, entwickelt hat, ändert das. Sie konnte in Kooperation mit Forscherinnen der Universität Duisburg-Essen belegen, dass würfelförmige Nanopartikel effizienter funktionieren als kugelförmige. Das ebnet den Weg zum gezielten…

Die programmierte Unsterblichkeit der Lithium-Ionen-Batterie. Forscherteams des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken, des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) in Würzburg und der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) in Erlangen-Nürnberg starten am 1. Februar 2023 das Projekt AdRecBat, das die Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien nicht zu deren Lebensende, sondern bereits zum Zeitpunkt des Produktdesigns betrachtet. Ziel des Projekts ist es, die Batteriekomponenten so gegeneinander abzugrenzen, dass eine sortenreine Wiederverwertung möglich wird. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt über drei…