Materialwissenschaften

Porous Media Lab der Universität Stuttgart ermöglicht skalenübergreifende Charakterisierung von gekoppelten Prozessen in porösen Materialien. Ob 3D-Bilder aus dem Inneren eines Betonbrockens oder Verhalten von Öl-Wasser-Gemischen im Untergrund: Röntgentomographische und mikrofluidische Verfahren sind wichtige Pfeiler, um die unsichtbaren Strömungs- und Transportprozesse sowie das Deformationsverhalten in porösen Medien sichtbar zu machen und zu verstehen. Das Porous Media Lab (PML) an der Universität Stuttgart, das jetzt einen gebündelten Standort auf dem Campus Vaihingen gefunden hat, bietet hierfür eine umfassende Plattform. Als „Shared…

Wenn Kerosin in Flugzeugtriebwerken oder Erdgas in Gasturbinen verbrennen, herrschen sehr hohe Temperaturen von mehr als 1500 Grad Celsius. Dieser Hitze halten Turbinenschaufeln mit einer dünnen, hitzebeständigen Keramikschicht über tausende Betriebsstunden stand. Allerdings kommt es durch verschiedene Alterungsprozesse auch zu Schädigungen der Keramikschichten. Aufwendige Reparaturen an der ganzen Turbinenschaufel werden dann nötig. Einfacher und schneller als bisher könnten kleine Schäden in Zukunft mit einem völlig neuen Verfahren behoben werden, das nun Materialforscher vom Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1) am…

Symmetrie ist ein Schlüsselkonzept für unser Verständnis der uns umgebenden physikalischen Welt. Die Anordnung selbstähnlicher Komponenten nach den Richtlinien der Symmetrie diktiert ihr kollektives Verhalten. Es ist kein Zufall, dass sich der menschliche Körper in einer spiegelsymmetrischen Form entwickelt hat, wie es in Da Vincis Werk wunderschön dargestellt ist. In ähnlicher Weise diktieren in der Materialwissenschaft bestimmte Symmetrien die Funktionalität eines Materials auf der Quantenebene. Ein aktueller Schwerpunkt auf diesem Gebiet ist das Verständnis, wie bestimmte Symmetrien zusammenwirken, um grundlegend…

Am Fraunhofer IPA arbeiten Forscherinnen und Forscher daran, den Anteil von Recyclingmaterial in additiven Produktionsverfahren zu erhöhen. Die Qualität der gedruckten Bauteile soll dabei aber unverändert hoch bleiben. Analyse von Produktlebenszyklen, Recycling von Metallen und Kunststoffen, Reparaturverfahren, Kreislaufwirtschaft, gewichtsoptimierte Bauteile und ein verringerter Einsatz von Gefahrstoffen: Die Luftfahrt möchte nachhaltiger werden und dabei spielt die additive Fertigung eine wichtige Rolle. Denn künftig sollen immer mehr Bauteile aus dem 3D-Drucker kommen. Ein Bauteil, das bereits additiv hergestellt wird, haben alle Flugreisenden…

Leitfähige Metall-Polymer-Tinten für den Inkjet-Druck. Auf der diesjährigen Hannover Messe präsentiert das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien Hybridtinten für den Inkjetdruck. Sie bestehen aus Metallnanopartikeln, die mit leitfähigen Polymeren beschichtet sind, und Wasser oder anderen polaren Lösemitteln. Die Tinten eignen sich zum Drucken von leitfähigen Strukturen beispielsweise auf dünnen Polymerfolien oder Papier. Eine anschließende thermische oder UV-Behandlung entfällt, während Standard-Metalltinten ein Sintern nach dem Inkjetdruck erfordern, um leitfähig zu werden. Die Entwickler stellen ihre Hybridtinten vom 30.05.-02.06.2022 auf der…

Topologische elektronische Zustände sind entgegen bisheriger Annahmen in fast jedem bekannten Material vorhanden, wenn man zulässt, dass die Zahl der Elektronen im Material leicht variiert wird. Dieser Satz fasst die allgegenwärtige Bandtopologie gut zusammen – ein Konzept, das diese Woche Thema eines von einem internationalen Forscherteam verfassten Artikels in „Science“ ist. Das Team, zu dem Mitglieder des MPI CPfS gehören, zeigt dort auf, dass die Ergebnisse der Überprüfung früherer experimenteller Daten auf übersehene topologische Merkmale nahelegen, dass das jahrhundertealte Gebiet…

Ein neuer Roboter ist in der Lage, sich in weniger als einer Sekunde von einer Unterwasserdrohne in eine fliegende Drohne zu verwandeln. Der Roboter verfügt ausserdem über eine vom Schiffshalter-Fisch inspirierte Saugscheibe, mit der er sich an nasse oder trockene, sich bewegende Objekte anheften kann, um erhebliche Mengen an Energie zu sparen. Die Drohne ist für die biologische und ökologische Überwachung von Meeresökosystemen konzipiert, etwa zur Untersuchung der Umweltverschmutzung auf hoher See, wie die Wissenschaftler der «Beihang University», des «Imperial…

… optimiert Eigenschaften von Bauteilen aus Kunststoff. Mit 3D-Druckern lassen sich Bauteile flexibel produzieren. Auch an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) arbeiten Forscher damit: Um das Druckergebnis bei Kunststoffen zu optimieren, haben sie eine Software entwickelt, die Parameter wie Temperatur und Druckgeschwindigkeit während des Drucks anpassen kann. Gerade Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Schichten, die sich bei der Produktion ergeben, können sich negativ auf die Eigenschaften des Kunststoffs auswirken. Mit ihrer Software können die Forscher dies umgehen. Auf der Hannover Messe…

Forstwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Universität Göttingen forschen seit langem an Herstellungsverfahren für Produkte aus Popcorngranulat, die nachhaltig und leistungsfähig sind. Für diese Produkte gibt es zahlreiche Anwendungsfelder, beispielsweise Verpackungen, Dämmstoffe oder den Leichtbau. Einige Prototypen dieser innovativen Produkte werden im Forum Wissen zu sehen sein, dem Wissensmuseum der Universität Göttingen, das Anfang Juni dieses Jahres öffnet. Nun konnte die Universität einen neuen Lizenznehmer für einen ganz anderen Bereich gewinnen: Die Firma GreenTec GmbH, ein Unternehmen der Loick Gruppe, möchte mit…

Physikerin der TU Graz entwickelt multisensorisches Hybridmaterial. Die von Anna Maria Coclite entwickelte „Smartskin“ kommt menschlicher Haut sehr nahe: Sie nimmt Druck, Feuchtigkeit und Temperatur simultan wahr und produziert elektronische Signale. Sensiblere Roboter oder intelligentere Prothesen sind so denkbar. Die Haut ist das größte Sinnesorgan und zugleich der Schutzmantel des Menschen. Sie „erfühlt“ mehrere Sinneseindrücke gleichzeitig und meldet Informationen zu Feuchtigkeit, Temperatur und Druck an das Gehirn. Für Anna Maria Coclite ist ein Material mit solchen multisensorischen Eigenschaften „eine Art…

Ein bei INNOVENT entwickelter Korrosionsschutz auf Basis nachwachsender Rohstoffe vermeidet auf dem Transportweg vom Verzinker zum Pulverbeschichter die Bildung von Weißrost. Im Unterschied zu bestehenden Produkten kann dieser sowohl einfach entfernt als auch mit handelsüblichen Pulverlacken überschichtet werden. Kohlenhydrate machen den Unterschied! Verzinkte Bauteile werden durch den Einsatz von Glanzerhalt-Passivierungen temporär geschützt. Jedoch verringern diese Überzüge die Haftung der anschließend zum Langzeitkorrosionsschutz aufgebrachten Pulverlacke drastisch. Eine zeit- und kostenaufwändige Entfernung der Schutzschichten ist daher unerlässlich. Im Rahmen eines Forschungsprojektes haben…

Silber- und Kupferionen machen vielen Krankheitserregern den Garaus. Daher werden zum Beispiel Implantate oder medizinische Instrumente mit diesen Metallen beschichtet. Ob sie auch helfen können, die Covid-19-Pandemie einzudämmen, indem sie Sars-Cov-2 unschädlich machen, haben Forschende der Molekularen und Medizinischen Virologie und der Materialforschung der Ruhr-Universität Bochum (RUB) in Zusammenarbeit mit der Chirurgischen Forschung des BG-Uniklinikums Bergmannsheil Bochum untersucht. Sie konnten zeigen, dass eine Kupferbeschichtung das Virus beseitigt. Für Silber gilt das aber nicht. Das Team berichtet in der Zeitschrift Scientific…

Gemeinsam mit Forschern aus Ulm und Neuchâtel wird die Empa bald Materialproben auf der ISS untersuchen. Es geht um superharte und korrosionsfeste Legierungen aus Palladium, Nickel, Kupfer und Phosphor – auch «metallische Gläser» genannt. Mit an Bord ist auch eine Hightech-Firma aus La Chaux-de-Fonds, die Materialien für die Uhrenindustrie herstellt. Es hat die Farbe von Weissgold, doch es ist hart wie Quarzglas und weisst gleichzeitig eine hohe Elastizität auf. Die glatte und korngrenzenfreie Oberfläche macht das Material widerstandsfähig gegen Salze…

Vorbild Natur: Leichtbaukomponenten aus Faserverbundwerkstoffen (FVK) sind aus den Branchen Transport und Mobilität nicht mehr wegzudenken, wenn es darum geht, Materialeinsatz, Nutzlasten und Betriebskosten zu senken. Besonders materialeffiziente Strukturen, die gleichzeitig leicht und widerstandsfähig sind, sind in der Natur zu finden. Beispiele sind die Wabenstrukturen in einem Bienenstock oder die Flügel einer Libelle. Erkenntnisse aus der Bionik nutzen das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT mit Partnern des Projekts »BioStrukt«: Sie entwickelten eine neue Prozesskette zur Herstellung bionischer Strukturen aus FVK und…

Ernährung, Entzündungsprozesse und der Hormonhaushalt beeinflussen den menschlichen Körpergeruch. Folglich können Veränderungen des Körpergeruchs Hinweise auf Krankheiten liefern – mitunter deutlich früher als durch heute etablierte diagnostische Methoden. Mit einer elektronischen Nase wollen Wissenschaftler:innen der TU Dresden gemeinsam mit internationalen Partnern wertvolle Informationen verfügbar und interpretierbar machen, die in der Medizin bislang weitgehend ungenutzt sind. Im April 2022 startete mit dem Kick-Off Meeting das EU geförderte Projekt „Smart Electronic Olfaction for Body Odor Diagnostics“ – kurz SMELLODI. Sieben Partner aus…

Sulfonamide als robustes Kathodenmaterial für Protonen-Akkus. Der Protonen-Akku ist ein innovativer und umweltfreundlicher Batterietyp, in dem Protonen als Ladungsträger fungieren, also positiv geladene Wasserstoffionen. Für diesen hat nun ein Forschungsteam organische Sulfonamide als robustes und flexibles Material für die Kathode entwickelt. Wie die Forschenden in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, erreichen die Sulfonamid-basierten Kathoden eine höhere Ausgangsspannung als herkömmliche Kathoden. Protonen-Akkus gelten als möglicher Ersatz für Lithium-Ionen-Akkus. Sie speichern die Ladung nicht in Form von Lithiumionen, sondern durch Übertragung der…