Materialwissenschaften

Forschende der TU Graz entwickeln grüne Alternativen zu fossilen Rohstoffen. Die biobasierten Materialien sollen die Umweltverschmutzung reduzieren und den Wandel zu einer nachhaltigeren Wirtschaft vorantreiben. Holz als nachwachsende Ressource bietet ein hohes Potenzial im Kampf gegen den Klimawandel. Zum einen bindet es große Mengen an Kohlenstoff (1 Tonne pro Kubikmeter!). Zum anderen ist es eine umweltfreundliche Alternative zu den fossilen Rohstoffen, die einen Großteil der Treibhausgas-Emissionen verursachen. Am Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik der TU Graz stellen Forschende aus…

Mit dem kleinsten „Baukasten“ der Welt designt ein Forscherteam der Universitäten Marburg, Gießen und Paderborn neuartige Materialien für Computerchips, Leuchtdioden und Solarzellen. Sie sind 50.000-mal dünner als ein menschliches Haar und nur wenige Atome dick: Zweidimensionale Materialien sind die dünnsten heute herstellbaren Stoffe. Sie besitzen völlig neue Eigenschaften und gelten als der nächste große Schritt in der modernen Halbleitertechnologie. Künftig könnten sie statt Silizium in Computerchips, Leuchtdioden und Solarzellen eingesetzt werden. Bislang war die Entwicklung neuer zweidimensionaler Materialien auf solche…

BAM macht Thermografie für Windkraftanlagen praxisreif … Windräder müssen extremen Beanspruchungen standhalten. Schäden rechtzeitig zu erkennen, ist für diejenigen, die die Anlagen betreiben, entscheidend, um größere Reparaturen oder Totalausfälle zu vermeiden. Die BAM entwickelt das Verfahren der passiven Thermografie weiter, um es rasch in die Anwendung zu bringen. Besonders die Rotorblätter von Windkraftanlagen sind der Witterung, Blitzeinschlägen und auf hoher See dem Salzwasser des Meeres ausgesetzt. Innere Schäden wie beginnende Risse, Delaminationen des Kunststoffs oder sich lösende Verklebungen sind selbst…

Fraunhofer IKTS erwirbt die Transparentkeramik-Sparte und die Marke PERLUCOR vom Keramik-Unternehmen CeramTec-ETEC und baut ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für transparente Keramik am IKTS-Standort in Hermsdorf, Thüringen auf. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS übernimmt zum 1. April 2021 die Transparentkeramik-Sparte der Firma CeramTec-ETEC, bekannt für den Markennamen PERLUCOR®. Das Institut weitet damit seine bestehenden Kompetenzen in der Entwicklung von Transparentkeramiken deutlich aus. Die durch die Übernahme hinzugewonnene technische Infrastruktur ermöglicht den Aufbau eines Forschungs- und Entwicklungszentrums für transparente…

In einem in Nature Materials veröffentlichten Artikel von Patrick Probst et al. beschreiben Forscher um Prof. Dr. Andreas Fery und Dr. Tobias A.F. König vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden eine neue Designstrategie zur Herstellung dünner, nanostrukturierter Schichten für die aktive Kontrolle zirkular polarisierten Lichts.Sie basiert auf einer chiralen Nanoanordnung durch Stapeln zweier Substrate mit Nanopartikelketten. Das kostengünstige kolloidale Verfahren ermöglicht ausgeprägte, reversibel variierbare optische Effekte sowie ultrasensitive Detektion chiraler Moleküle.Damit kann es u.a. die Entwicklung tragbarer Spektrometer und von „Labon-a-chip“-Plattformen…

In den kommenden Jahren sind Rohstoffengpässe in der Bauindustrie zu erwarten – auch im Bereich der Herstellung von Beton. Herkömmliche Methoden der Wiedergewinnung der Gesteinskörnung – wie durch den Einsatz mechanischer Brecher – ermöglichen keine sortenreine Wiedergewinnung. Forschende des Hochspannungslabors und der Amtlichen Prüfstelle für nichtmetallische Bau- und Werkstoffe der Hochschule Koblenz nutzten nun erstmals Hochspannungsimpulse, um Betonprüfkörper zu zerlegen. Dabei zeigte sich deutlich, dass dieses Verfahren sehr viel Potential zur Wiedergewinnung des Baustoffs aufweist. „Im Hochspannungslabor der Hochschule Koblenz…

Einem internationalen Team mit Forscher*innen der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, durch den Einsatz moderner Hochdruck-Technologien ein bisher unbekanntes zweidimensionales Material zu entdecken. Das neue Material, Beryllonitren, besteht aus regelmäßig angeordneten Stickstoff- und Beryllium-Atomen. Es besitzt eine ungewöhnliche, für Anwendungen in der Quantentechnologie hochattraktive elektronische Gitterstruktur. Für die Synthese war ein Kompressionsdruck erforderlich, der rund eine Million Mal höher ist als der Druck der Erdatmosphäre. In der Zeitschrift „Physical Review Letters“ stellen die Wissenschaftler*innen ihre Entdeckung vor. Seit der…

Großflächiges 2D-Material hergestellt … Ellenbogenmentalität bei einem zweidimensionalen Material: Das hat ein internationales Team unter Federführung des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) kürzlich entdeckt: Den Physikern gelang es, Bor-Schichten entstehen zu lassen, die nur eine Atomschicht hoch sind. Störende Stufenkanten auf der Unterlage schiebt das Material dabei einfach aus dem Weg. Seine Ergebnisse veröffentlichte das Team im Fachmagazin ACS Nano. Es ist das Ziel des Teams um UDE-Prof. Michael Horn-von Hoegen, das dünnstmögliche Bor, sogenanntes Borophen, herzustellen….

Carbonfasern sind in vielen Industriebranchen unentbehrliche Bestandteile von High-Tech-Materialien. Wissenschaftler*innen der Universität Bayreuth wollen jetzt eine neue Generation von Carbonfasern erforschen und entwickeln. Die Fasern sollen sich durch eine gesteigerte Festigkeit auszeichnen, selbst bei Temperaturen von mehr als 400 Grad Celsius stabil bleiben und dadurch ein noch breiteres technologisches Anwendungsspektrum ermöglichen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Vorhaben ab Mai 2021 für die nächsten drei Jahre mit insgesamt mehr als 600.000 Euro. In der Luftfahrt, im Automobilbau, in der Raumfahrt,…

Bei extremer Hitze oder im Vakuum des Weltraums – ein neuartiges Nanomaterial bringt in Extremsituationen Höchstleistungen, das zeigte die TU Wien mit internationalen Partnern. Die Fahrradkette kann man mit Öl schmieren, aber was macht man bei einem Marsrover oder bei einem glühend heißen Transportband in der Stahlindustrie? Ganz spezielle Nanomaterialien wurden nun von der TU Wien gemeinsam mit Forschungsgruppen aus Saarbrücken (Deutschland), der Purdue University in den USA und der Universidad de Chile (Santiago, Chile) untersucht. Die Materialklasse der MXene…

Bei Hochdurchsatz-Röntgenbeugungsmessungen fallen riesige Datenmengen an. Dank des Agenten werden sie schneller nutzbar. Künstliche Intelligenz (KI) kann große Datenmengen, wie sie bei der Analyse der Eigenschaften potenzieller neuer Materialien entstehen, schneller analysieren als Menschen. Allerdings neigen solche Systeme auch angesichts von Unsicherheiten oft zu definitiven Entscheidungen, sie überschätzen sich. Ein internationales Forschungsteam hat das der KI abgewöhnt: Die Forschenden entwickelten einen Algorithmus so weiter, dass er mit dem Menschen zusammenarbeitet und Entscheidungen unterstützt. So lassen sich vielversprechende neue Materialien schneller…

Fraunhofer IWS hebt mit »DiWan« die Werkstoffprüfung auf eine neue Stufe. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden wollen gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Wirtschaft ein virtuelles Werkstoff-Expertensystem erschaffen. Dieses soll die neuesten Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Aufsätzen über Werkstoffe und die Anforderungen aus einschlägigen Standards genauso parat haben wie das Praxiswissen von Erfahrungsträgern. Der künstliche Assistent soll bei Werkstoffprüfungen diese gesammelte Expertise seinen menschlichen Kollegen zur Verfügung stellen – und damit das Arbeiten in den Werkstoff-…

BAM forscht zu den Risiken winziger Polymer-Partikel … Plastikmüll zerfällt in der Umwelt zu Partikeln, die teils nur wenige Tausendstel oder sogar Millionstel Millimeter messen. Die Risiken dieser Substanzen für den menschlichen Organismus sind weitgehend unbekannt. Die BAM forscht nun in zwei großen EU-Konsortien zur möglichen Toxizität von Mikro- und Nanoplastik. Besonders faserförmige Partikel von Mikro- und Nanoplastik stehen im Verdacht schädlich zu sein. Über die Atemluft oder die Nahrung gelangen sie in den menschlichen Körper. Erste Daten weisen darauf…

Mit einer elefantenfreundlichen Elfenbein-Alternative von TU Wien und Cubicure können alte Kunstgegenstände hochpräzise restauriert werden. Jahrhundertelang wurde Elfenbein gerne für die Herstellung von Kunstgegenständen verwendet. Doch um die Elefantenpopulationen zu schützen, wurde der Handel mit Elfenbein 1989 international verboten. Um Elfenbeinteile alter Kunstobjekte zu restaurieren, muss man daher auf Ersatzmaterialien zurückgreifen – etwa Knochen, Muscheln oder Kunststoff. Eine wirklich zufriedenstellende Lösung gab es bisher allerdings nicht. Die TU Wien und das 3D-Druck-Unternehmen Cubicure GmbH, entstanden als Spin-off der TU Wien,…

Kunststoffabfälle und ein unsachgemäßer Umgang mit ihnen führen zu globalen Umweltproblemen. Besonders Verpackungskunststoffe sind problematisch, wenn sie nicht wieder einem weiteren Nutzungskreislauf zugeführt werden. Im Forschungsvorhaben »UpcyclePET« hat das Fraunhofer LBF zusammen mit Partnern einen neuen Werkstoff auf Basis gebrauchter Getränkeflaschen aus PET (Polyethylenterephthalat) entwickelt. Dieser neue Werkstoff weist Eigenschaften auf, die denen von kurzglasfaserverstärkten Neuware-Kunststoffen ähneln. Zudem weist der Werkstoff einen deutlich verbesserten CO₂-Fußabdruck auf, wie der Projektpartner Öko-Institut in einer orientierenden Lebenszyklusanalyse ermittelt hat. Mit diesen Eigenschaften ausgestattet,…

Heidelberger Wissenschaftlern gelingt Defekt-Kontrolle durch neuen Reaktionsweg. Mit bewusst erzeugten strukturellen „Fehlstellen“ oder Defekten lassen sich die Eigenschaften von kohlenstoffbasierten Nanomaterialien verändern und verbessern. Dabei stellt es jedoch eine besondere Herausforderung dar, die Art und Anzahl der Defekte zu kontrollieren. Für Kohlenstoffnanoröhrchen – mikroskopisch kleine röhrenförmige Verbindungen, die Licht im nahen Infrarotbereich ausstrahlen – haben jetzt Chemiker und Materialwissenschaftler der Universität Heidelberg unter der Leitung von Prof. Dr. Jana Zaumseil einen neuen Reaktionsweg gefunden, der diese Kontrolle erlaubt. Erzeugt werden…