Materialwissenschaften

Experiment und Computersimulationen erschließen neue Anwendungsfelder. Materialien aus anorganischen und organischen Komponenten können das Beste aus zwei Welten vereinen: Unter bestimmten Umständen sind dreidimensionale Netzwerke aus metallorganischen Verbindungen, die sogenannten Metal-Organic Frameworks, kurz MOFs, so geordnet aufgebaut wie Kristalle und zugleich porös und flexibel verformbar. Das weckt Hoffnungen auf intelligente Materialien für energiesparende technische Anwendungen. Allerdings sind bisher nur wenige flexible MOFs bekannt. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Technischen Universität München (TUM) hat mittels Experimenten und Simulationen…

Für den Mobilfunkstandard von morgen setzen Fraunhofer-Forschende auf das richtige Material. Die Leistungsfähigkeit von Hochfrequenzanwendungen wie 5G oder Radar hängt vor allem von den verwendeten Materialien und Verbindungen ab. Um diese zu untersuchen und zu optimieren, wurde am Fraunhofer IZM in Berlin eine neue Arbeitsgruppe gegründet. Durch die Expertise der Forscherinnen und Forscher werden Hochfrequenz-Strukturen so aufgebaut, dass eine optimale Wellenübertragung ermöglicht wird. Laut einer Studie des Technologieanalysten Yole Développement wird sich allein im Telekommunikationsbereich der Markt für Hochfrequenz-Module in…

Ein von der Österreichischen Bautechnik Vereinigung (ÖBV), TU Graz und OTH Regensburg gemeinsam initiiertes Projekt liefert ein systematischeres Verständnis von Spritzbeton-Anwendungen und bildet die Basis für neue, noch dauerhaftere Betonmischungen und damit für langlebigere Tunnel. Die Lebensdauer von Tunnelbauwerken ist heute auf mindestens einhundert Jahre ausgelegt – beim Brenner-Basistunnel sind es gar 200 Jahre. Das Problem dabei: „Die Lebensdauer wird momentan auf Basis theoretischer Kennzahlen und Erfahrungswerten berechnet. Umweltbedingungen wie beispielsweise chemisch angreifende Bergwässer können aber unter Umständen früher als…

Forschenden der Universitäten Jena und Cambridge ist es gelungen, eine neue Klasse hybrider Glaswerkstoffe herzustellen, die organische und anorganische Komponenten vereint und den Werkstoffen ganz besondere mechanische Eigenschaften verleiht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen dafür Materialkombinationen, in denen metallorganische und anorganische Gläser chemisch verbunden sind. Seine Arbeit stellt das Forschungsteam in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachmagazins „Nature Communications“ vor. Verbundstoffe aus organischen und anorganischen Materialien sind in der Natur häufig zu finden. Beispielsweise bestehen Knochen aus dem organischen Strukturprotein…

Programmierbare Materialien sind die Zukunft der Werkstoffe Sie haben das Potential, einen Paradigmenwechsel im Umgang mit Materialien einzuleiten: Werkstoffe, deren Struktur so aufgebaut ist, dass sich ihre Eigenschaften gezielt kontrollieren und reversibel ändern lassen. Das Fraunhofer-Forschungscluster Programmierbare Materialien, an dem auch ein Team des Fraunhofer LBF beteiligt ist, entwickelt diese innovativen Werkstoffe. Sie ersetzen technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes Material. Damit lassen sich komplexe und lokal unterschiedliche Effekte implementieren, die völlig neuartige Bauteilfunktionen…

Sehnenverletzungen nehmen weltweit zu. Um neue therapeutische und diagnostische Möglichkeiten zur Behandlung von Sehenverletzungen unter zur Hilfenahme der Nanomedizin zu entwickeln, fördert die EU im Rahmen des Forschungsprogramms „Horizon 2020“ das Konsortium „P4 FIT“ für die nächsten vier Jahren mit rund 4 Millionen Euro. Zu den Mitgliedern gehört unter anderem auch die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Werden Bänder und Sehnen falsch oder überbelastet, kommt es zu feinen Rissen, sogenannten Mikrorupturen in dem Gewebe, und schließlich zu Entzündungen. Die Folge sind Schmerzen…

Sonnenenergie kann zur Herstellung von Wasserstoff, einem vielseitigen Brennstoff, genutzt werden. Um dies durch elektrolytische Wasserspaltung zu erreichen, werden hochwertige Photoelektroden benötigt. Leider neigen die bekannten Materialien dazu, während des Prozesses zu korrodieren. Nun hat ein Team am HZB in internationaler Zusammenarbeit die Korrosionsprozesse von hochwertigen BiVO4-Photoelektroden untersucht. Sie beobachteten die Prozesse “in operando” (bei der elektrolytischen Wasserspaltung) während der Sauerstoff-Entwicklungsreaktion (OER). Diese Arbeit zeigt, wie die Stabilität von Photoelektroden und Katalysatoren verglichen und so auch verbessert werden kann. Wasserstoff…

Topologische Zustände der Materie bergen ein enormes Potenzial für zukünftige Quantentechnologien. Die Erzeugung und Steuerung solcher Zustände mit ultrakurzen Laserlichtblitzen werden derzeit intensiv untersucht. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Theoretikern am MPSD gezeigt, dass kurzlebige topologische Zustände mit ebenso kurzen Lichtblitzen verfolgt werden können, die sich wie ein Korkenzieher drehen. Im letzten Jahrzehnt ist die Suche nach topologischen Materialien in der Quantenmaterialwissenschaft sprunghaft angestiegen. Diese Materialien können sich an ihren Grenzen komplett anders verhalten als tief im…

Analysesystem ermöglicht gezielte Untersuchung von antiviralen Oberflächen für Materialentwickler. Der Bedarf an Alltagsgegenständen mit antiviralen Oberflächen ist aufgrund der COVID-19-Pandemie groß. Bekannt ist, dass die Materialbeschaffenheit eines Gegenstandes einen Einfluss auf die Überlebensfähigkeit von Viren auf Oberflächen hat. Hier knüpfen die Arbeiten des Fraunhofer IFAM an: In materialwissenschaftlich und biologisch ausgerichteten Forschungsprojekten wird die Wirkung funktionalisierter Oberflächen und Behandlungsverfahren bei verschiedenen Materialen auf die Überlebenszeit von Viren mittels Real-Time PCR-Tests bewertet. Interessant ist das Nachweissystem auch für Materialentwickler aus der…

Im Südosten Australiens, in New South Wales, sind sehr ungewöhnliche Spinnen heimisch. Seit mehr als 150 Millionen Jahren weben sie sackförmig aussehende Netze und verwenden diese als eigene Behausung, als Schutz für ihre Eier und als Falle für die Beute. Ein Forschungsteam der Universität Bayreuth, der University of Melbourne und des Australian Synchrotron hat die ungewöhnliche Struktur der von dieser Spinnenart produzierten Seidennetze aufgeklärt. Diese komplexe Struktur verleiht den Netzen eine ungewöhnliche mechanische Stabilität. In der Zeitschrift „Scientific Reports“ stellen…

Färbe-Verfahren verleiht Textilien elektronische Eigenschaften Ob im Fitnessbereich, in der Medizin oder in der Unterhaltungsbranche: Am Körper getragene IT-Geräte wie zum Beispiel Smartwatches werden immer beliebter. Anwendungen dieser Art profitieren davon, wenn sich das Eingabegerät möglichst natürlich an den Körper anpasst – etwa in Form von elektrosensitiven Stoffen, sogenannten E-Textilien. Informatiker der Universität des Saarlandes zeigen, wie man diese besonderen Textilien vergleichsweise unkompliziert herstellen kann und eröffnen damit neue Nutzungs-Szenarien. “Unser Ziel war es, interaktive Funktionen direkt in die Fasern…

Fraunhofer LBF entwickelt anwendungsnahe Methoden zur Simulation von Kunststoffbauteilen Zahlreiche Faktoren beeinflussen das Material- und Bauteilverhalten von Kunststoffen und wirken sich auf die praktische Bauteilauslegung aus: Nicht nur die Faserorientierung spielt eine wichtige Rolle, sondern auch das Materialverhalten, das sich aus dem Kontakt mit Medien oder aus überlagerten Lastfällen ergibt. Es ist auch nicht unmittelbar ersichtlich, welche Aspekte in der Auslegung berücksichtigt werden müssen, um Bauteile korrekt auszulegen. Diesen Herausforderungen begegnet das Fraunhofer LBF mit der Entwicklung kundenspezifischer Methoden. Ziel…

Wissenschaftler der TU Hamburg entwickeln neue Materialkonzepte für die Technik von morgen. Ob Smartphone, Laptop, oder Smart Watch: Das chemische Element Silizium findet sich in jedem elektronischen Bauteil und noch so kleinen Computerchip. So ist Silizium auch der Namensgeber für das Silicon-Valley, der Heimat zahlreicher Technologieunternehmen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität Hamburg ist es nun gelungen, Silizium Muskelkraft zu verleihen. Mit dieser neuen Eigenschaft kann das Material erstmals elektrische Signale in mechanische Bewegungen umwandeln. Damit bietet das neue Hybridmaterial…

Umweltfreundliche Plastikalternative Ein neuartiger Kunststoff kann aus Abfällen produziert und problemlos in weniger als einem Jahr abgebaut werden. Polyhydroxybuttersäure heißt der Werkstoff, mit dem sich künftig vor allem Einwegprodukte und Wegwerfartikel umweltschonend herstellen und abbauen lassen. Ein neues Produktionsverfahren des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK und seiner Partner ermöglicht die industrietaugliche Herstellung des innovativen Materials. Kunststoffe sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie werden nicht nur zu Verpackungen und Konsumgütern verarbeitet, sondern sind auch in industriellen Anwendungen wie…

Wie entsteht Supraleitung bei relativ hohen Temperaturen in bestimmten Materialien? Wann gehen viele Elektronen in einen Quantensuppenzustand über, der verlustfrei Elektrizität transportieren kann und wie können diese Temperaturen noch weiter erhöht werden? Mit diesen Gralsfragen in der Physik der kondensierten Materie hat sich ein Forscherteam der Universität Oxford und des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg befasst. Nun berichten die Wissenschaftler in Physical Review Letters, dass eine dynamische Version der Supraleitung, die durch periodisches Schütteln des Materials…

Sicher unterwegs mit integrierten Sensoren Können Bremsbeläge melden, wie fit sie noch sind? Experten des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Darmstadt vom Fraunhofer LBF haben gemeinsam mit der LF GmbH & Co KG aus Leverkusen in einem Projekt Sensoren in Bremsbeläge integriert, um auf Basis einer nachgeordneten Datenverarbeitung Informationen über den Betriebszustand zu gewinnen. Dank dieser Integration lassen sich Daten aus dem Inneren des Reibbelags über die Schichtdicke und den Verschleißzustand bestimmen. Langfristig soll es möglich sein, selbst optimierende Bremssysteme anzulernen und Rückschlüsse…