Materialwissenschaften

Freiburger Forschenden gelingt schnelle, kostengünstige und umweltfreundliche Materialfertigung. Von Hightech-Produkten im Bereich Optik, Telekommunikation, Chemie und Medizin bis hin zu alltäglichen Gegenständen wie Flaschen und Fenstern – Glas ist allgegenwärtig. Die Formgebung von Glas beruht jedoch hauptsächlich auf Prozessen wie dem Schmelzen, Schleifen oder Ätzen. Diese Prozesse sind jahrzehntealt, technologisch anspruchsvoll, energieintensiv und im Hinblick auf die realisierbaren Formen stark eingeschränkt. Ein Team um Prof. Dr. Bastian E. Rapp von der Professur für Prozesstechnologie am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität…

Erfolg durch Eierkuchen-Strategie … Skyrmionen – winzige magnetische Wirbel – gelten als vielversprechende Kandidaten für die Informationsspeicher der Zukunft. Mit ihrer Hilfe könnten sich eine Datenspeicherung und -verarbeitung von enormer Kapazität umsetzen lassen. Ein Team unter der Federführung des HZDR hat ein Verfahren zur Herstellung eines speziellen magnetischen Dünnschichtmaterials entwickelt, in dem sich solche Magnetwirbel besonders effektiv unterbringen lassen. Eine zentrale Rolle bei der neuen Methode spielt die schlagartige Erwärmung des Materials durch kurze, sehr helle Lichtblitze, wie das Team…

Elasto-thermoelektrisches Transportexperiment enthüllt die Wechselwirkungen in unkonventionellen Supraleitern. Supraleiter sind Materialien, in denen unterhalb einer charakteristischen Temperatur ein elektrischer Strom ganz ohne Widerstand fließen kann. Dieses Phänomen wird seit seiner Entdeckung zu Beginn des 20. Jahrhunderts intensiv erforscht, nicht zuletzt weil es ein enormes Anwendungspotenzial besitzt. Die notwendige Kühlung mit flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff hat einer breiten Anwendung bisher allerdings Schranken gesetzt. Deshalb bleibt es eine der größten Herausforderungen, den Effekt der Supraleitung auch bei höheren Temperaturen zu realisieren….

Forschern der TU Graz und Universität Graz ist es gemeinsam mit Fachleuten aus Frankreich gelungen, sogenannte Oberflächenphononen erstmals dreidimensional abzubilden. Der Forschungserfolg könnte die Entwicklung neuer, effizienter Nanotechnologien beschleunigen. Ob für die Mikroskopie, die Datenspeicherung oder die Sensorik: Viele fortgeschrittene technologische Anwendungen, die spezifische Funktionen erfordern, beruhen auf der Struktur des elektromagnetischen Feldes in der Nähe der Oberflächen von Materialien. An Nanosystemen tragen sogenannte Oberflächenphononen, also zeitliche Verzerrungen des Atomgitters, entscheidend zu den physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften bei. Könnte man…

Forschende finden neue Anwendungen für bekannte Technologie. Ein Material wie kein anderes: Mit den besonderen Eigenschaften der Piezokeramiken könnten viele Innovationen entstehen. In dem kollaborativen Projekt »Smart Co-Creation« erarbeiten Forschende und mittelständische Unternehmen Ideen und Konzepte für konkrete Branchen, in denen das piezoelektrische Wundermaterial sinnvoll anwendbar ist. Ob in Quarzuhren, als Einspritzsystem für Kraftfahrzeuge oder in Lautsprechern – Piezokeramiken sind seit Jahren Bestandteil moderner Technik. Und das zu Recht, schließlich hat das Material ganz außergewöhnliche Eigenschaften: Wird Druck auf die…

Forschende der CAU wollen Strategien von Insekten auf technische Anwendungen übertragen. Bienen auf Nahrungssuche kollidieren während des Fluges etwa einmal pro Sekunde mit kleinen Hindernissen wie Blüten, Blättern oder Ästen, ohne dabei größeren Schaden zu nehmen. Gleichzeitig wirken verschiedene aerodynamische Kräfte auf ihre Flügel, die sie mühelos aushalten – dabei machen die zarten Gebilde gerade einmal zwei Prozent der gesamten Masse eines Insektenkörpers aus. Wie die Flügel von Insekten diesen unterschiedlichen Anforderungen standhalten ohne zu zerbrechen, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler…

Nur wenige Atomlagen bestimmen, ob eine Oberfläche wasserabweisend, bedruckbar, lackierbar, haftend oder antibakteriell ist. Die Oberfläche vieler Produkte wird deshalb gezielt verändert. Dank eines neuen Röntgenphotoelektronen-Spektrometers kann das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP Oberflächen nun noch genauer analysieren, was bei der Entwicklung eines Prozesses oder bei der Fehleranalyse hilfreich ist. Firmen und Partner profitieren nicht nur von den neuen analytischen Fähigkeiten am Fraunhofer IAP, sondern auch von der extensiven Expertise in der Materialentwicklung, was die Interpretation der Daten und die…

Bioinspirierte Zellulose-Nanofibrillen lassen sich durch Strom steuern – Festigkeit und Steifheit kann über elektrischen Schalter moduliert werden Die Materialwissenschaft nimmt sich gerne die Natur zum Vorbild und die besonderen Eigenschaften von Lebewesen, die man vielleicht auch auf Werkstoffe übertragen könnte. Einem Forschungsteam um den Chemiker Prof. Dr. Andreas Walther von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es gelungen, Materialien mit einer bioinspirierten Eigenschaft auszustatten: Hauchdünnes, steifes Nano-Papier wird auf Knopfdruck augenblicklich weich und elastisch. „Wir haben das Material mit einem…

Forschende der Empa und der ETH Zürich haben Holz in einen Mikro-Generator verwandelt. Wenn es belastet wird, entsteht eine elektrische Spannung. So kann das Holz als Bio-Sensor dienen – oder Energie erzeugen. Der allerneuste Clou: Damit das Verfahren ohne aggressive Chemikalien auskommt, übernehmen in der Natur vorkommende, holz-abbauende Pilze die nötige Modifikation. Dass Holz nicht nur als Baumaterial genutzt werden kann, hat das Team um Ingo Burgert an der Empa und der ETH Zürich schon öfter bewiesen. In den Forschungsarbeiten…

Ein Team des Zentrums für Grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe sucht in atomaren Mischungen vieler unterschiedlicher Elemente neue Hochentropielegierungen, die für viele Anwendungen vielversprechend sind. Materialien, die aus fünf oder mehr Elementen in annähernd gleicher Menge zusammengesetzt sind, könnten helfen, bisherige Grenzen zum Beispiel bei der Katalyse zu überwinden. Theoretisch gibt es Millionen Kombinationsmöglichkeiten – eine Herausforderung liegt darin, die richtigen zu finden. Dabei wählt ein Forschungsteam um Prof. Dr. Alfred Ludwig, Inhaber des Lehrstuhls Neue Materialien und Grenzflächen der RUB, einen unkonventionellen…

FAU-Forscher entschlüsseln das Geheimnis des berühmten Pazyryk-Teppichs Warum leuchten die Farben des ältesten geknüpften Teppichs der Welt nach fast zweieinhalb Tausend Jahren noch äußerst brillant in rot, gelb und blau? Dieses Geheimnis des so genannten Pazyryk-Teppichs konnten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) nun durch hochauflösende Röntgenfluoreszenzmikroskopie entschlüsseln. Die Ergebnisse haben Sie in Scientific Reports publiziert. Der Pazyryk-Teppich gilt als der älteste bekannte Teppich der Welt in Knüpftechnik und ist im Eremitage-Museum im russischen St. Petersburg zu sehen. Der Teppich, der…

Im Zuge der Miniaturisierung und mit der Entwicklung moderner Produkte sollen immer mehr Funktionen auf engerem Raum integriert werden. Mit diesem Trend steigen gleichzeitig die Ansprüche an elektronische Komponenten und Systeme enorm. Gefordert wird höchste Zuverlässigkeit über den gesamten Lebenszyklus. Dies ist eine elementare Voraussetzung, um neue Technologien bei sicherheitsrelevanten Anwendungen voranzutreiben und zu ermöglichen. Da Korrosionsschäden zu Ausfällen führen können, entwickelt das Fraunhofer IFAM innerhalb des Projektes »Intelligent Reliability 4.0« neuartige Schutzbeschichtungen für mikroelektronische Bauteile zur Sicherung der notwendigen…

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden verstärkt seine technologische Kompetenz im Bereich der druckunterstützten Wärmebehandlung mit der Neuanschaffung einer Quintus Hot Isostatic Press QIH 15L. Damit werden die Möglichkeiten, die sich bisher auf die Technologie des Spark-Plasma-Sinters konzentrierten, deutlich erweitert. Als Haupteinsatzgebiete der neuen Anlage sehen die Forschenden zum einen die Entwicklung von kombinierten Prozessen, d.h. von Wärmebehandlung und heiß isostatischem Pressen (HIP) für Werkstoffe mit komplexer Wärmebehandlung. Beispiele hierfür sind Nickel-Basis-Superlegierungen sowie intermetallische Werkstoffe wie…

Physiker der Universität Basel haben erstmals eine Graphenverbindung aus Kohlenstoffatomen und wenigen Stickstoffatomen hergestellt, die ein regelmässiges Gitter aus Sechs- und Dreiecken bilden. Dieses wabenförmige, sogenannte Kagome-Gitter verhält sich wie ein Halbleiter und könnte zudem ungewöhnliche elektrische Eigenschaften besitzen. Womöglich findet es künftig Verwendung in elektronischen Sensoren oder Quantencomputern. Forschende weltweit befinden sich auf der Suche nach neuen synthetischen Materialien, die besondere Eigenschaften wie die der Supraleitung – die Leitung elektrischen Stroms ohne Widerstand – besitzen. Solche neuen Stoffe sind…

Zweidimensionale Materialien sind Hoffnungsträger für viele technische Anwendungen. Ein internationales Forschungsteam hat erstmals ermittelt, wie stark 2D-Materialien schwingen, wenn sie mit Licht angeregt werden. Aktuelle elektronische Bauteile in Computern, Handys und vielen weiteren Geräten beruhen auf mikrostrukturierten Siliziumträgern. Bei dieser Technologie sind jedoch die physikalischen Grenzen des Machbaren und die kleinstmöglichen Strukturgrößen fast erreicht. Als neue Hoffnungsträger werden darum zweidimensionale (2D) Materialien intensiv erforscht. Man kann sich diese Materialien wie extrem dünne Folien vorstellen, die aus nur einer Schicht von…

Röntgenstrahlen ermöglichen nicht nur Einblicke in den menschlichen Körper, sondern auch in Materialien bis auf atomare Ebene. Die neu eingerichtete Servicestelle Röntgenbeugung stellt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, aber auch Industrievertretern die Methoden der Einkristall- und Pulverdiffraktion zur Verfügung. Diese erlauben es, Eigenschaften der untersuchten Stoffe zu verstehen und im Nachgang gegebenenfalls gezielt zu verändern. Die Servicestelle besitzt eine herausragende Ausstattung. Zwei Einkristalldiffraktometer ermöglichen die Aufklärung der Struktur von Festkörper- und Molekülkristallen. Die Bestimmung der Positionen von Atomen kann mit dieser Methode…