Materialwissenschaften

Heidelberger Wissenschaftlerinnen entwickeln erfolgreich neue Generation von biokompatiblen Materialien für die additive Fertigung. Als „Biofabriken“ zur Gewinnung von nachhaltigen Materialien für den 3D-Laserdruck eignen sich aufgrund ihres hohen Anteils an Fetten und photoaktiven Farbstoffen insbesondere Mikroalgen wie die Kieselalge Odontella aurita und die Grünalge Tetraselmis striata. Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco, Wissenschaftlerin am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg, ist es erstmals gelungen, mit den aus den Mikroalgen gewonnenen…

Neu an der UDE: Stefanie Hanke. Reibung und Verschleiß führen in der Industrie zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten. Die Komplexität technischer Anlagen erschwert es, Schäden präzise vorherzusagen. Dr. Stefanie Hanke, neue Professorin für ‚Werkstofftechnik‘ an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, entwickelt eine KI-basierte Methode, um Materialverschleiß besser vorherzusagen. In einer Studie über Werkstoffverschleiß untersucht Professorin Hanke, wie Abnutzungsmerkmale klassifiziert werden können. Dabei nutzt sie unter anderem Künstliche Intelligenz (KI), da traditionelle Modellierungsansätze an ihre Grenzen stoßen. „Wir sammeln zunächst…

Neues Vorhaben startet… Abfälle von Polyolefinen werden zum großen Teil nur thermisch verwertet. Hierbei dominiert das stoffliche Downcycling. Unter ökonomischen und legislativen Gesichtspunkten ist ein stärkeres Upcycling, die Verwendung in gleich- oder höherwertigen Produktkategorien, dringend geboten. Dafür fehlen bislang Informationen zum molekularen Aufbau von Polyolefin-Rezyklaten (PORez). Diese bestehende Technologielücke wollen Forschende aus dem Fraunhofer LBF mit dem durch das Programm industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt »Quantitative Molekularcharakterisierung von Polyolefin-Rezyklaten« schließen. Grundlage ist die…

Als Sheet Moulding Compounds (SMCs) werden langfaserverstärkte Halbzeuge bezeichnet, mit denen sich im Fließpressverfahren komplexe Formteile mit hoher Oberflächenqualität herstellen lassen. Das Fraunhofer IWU erforscht an seinem Zittauer Institutsteil biologische Alternativen für Glasfasern in Verbundwerkstoffen. Es entwickelt wirtschaftliche Herstellungsverfahren, damit schon bald der Umstieg auf weniger umweltbelastende biogene Reststoffe zur Faserverstärkung gelingt. Die Einsatzmöglichkeiten für SMC-Bauteile sind vielfältig. Sie dienen als Innenverkleidungen in Zügen und Bahnen, Außenverkleidungen für LKW und Landmaschinen oder schützen elektrische Verteilerkästen und Schaltanlagen. Hanffasern statt Glasfasern:…

Kunststoff-Patch aus dynamischen Polymernetzwerken. Neue Klasse von faserverstärkten Kunststoffen in der Kreislaufwirtschaft. Forschende am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben erstmals einen Kunststoff-Patch entwickelt, mit dem sich bisher aufwändige Reparaturprozesse an beschädigten Flugzeug-Leichtbaukomponenten deutlich beschleunigen und vereinfachen lassen. Der thermoformbare und kreislauffähige Reparatur-Patch wird auf den defekten Bereich gedrückt und erhält seine Endfestigkeit in nur 30 Minuten. Aufgrund seiner Wandelbarkeit lässt sich der neuartige faserverstärkte Kunststoff von der Luftfahrt über die Orthopädie in unterschiedlichsten Branchen einsetzen. Die Reparatur…

… dank neu bewerteter Drahtbondmaterialien. Zur Beurteilung der Verbindungsqualität von Bondstellen (sog. „Wedges“) zum Chip werden Schertests durchgeführt. Dabei wird die Bondstelle mit einem Meißel seitlich abgeschert und die erforderliche Kraft und das Schadensbild analysiert. Um die Vorgänge beim Schervorgang besser zu verstehen, haben Wissenschaftler*innen der TU Berlin und des Fraunhofer IZM nun erstmals modelliert, was bei der Schädigung mechanisch passiert. So können Rückschlüsse auf die material- und prozessspezifischen Einflüsse von neuartigen, widerstandsfähigen Drahtmaterialien gezogen werden. Damit lässt sich die…

ETH-Forschende haben bestimmte Bakterien mit UV-Licht so verändert, dass sie mehr Zellulose produzieren. Grundlage dafür ist ein neuer Ansatz, mit dem die Forschenden Tausende von Bakterienvarianten erzeugen und diejenigen auswählen, die sich zu den produktivsten entwickelt haben. Mit dieser Sortieranlage im Mikroformat können einzelne Zellen in winzige Bläschen verpackt werden. (Video: Julie Laurent / ETH Zürich) Bakterien produzieren für den Menschen interessante Materialien wie Zellulose, Seide oder Mineralien. Der Vorteil der bakteriellen Produktion ist, dass sie nachhaltig ist, bei Raumtemperatur und…

Antibakteriell, leitfähig und reißfest: Im Textiltechnologie-Labor der Hochschule Bielefeld untersucht Nonsikelelo Sheron Mpofu, wie sich mittels 3D-Druck die Eigenschaften von Stoffen modifizieren lassen. Gleichzeitig will sie erfahren, wie mehr Frauen in ihrer afrikanischen Heimat den Weg in MINT-Studiengänge finden können und schaut sich entsprechende Förderinstrumente hierzulande an. Ermöglicht wird ihr Forschungsaufenthalt durch ein Gleichstellungsstipendium der HSBI für Forschende aus dem Globalen Süden. Konzentriert spannt Nonsikelelo Sheron Mpofu das helle Stück Stoff in den Metallträger ein. Mit routinierten Bewegungen streicht sie…

Hochporöse Nanomaterialien wie Aerogele sind herausfordernd in der strukturellen und thermischen Charakterisierung. Um artefaktfreie Messdaten zu erhalten, hat das CAE potentielle Fehlerquellen und Einflussgrößen identifiziert, quantifiziert und Lösungsmöglichkeiten für Messung und Auswertung erfolgreich erarbeitet. Aerogele Aerogele sind nanoporöse Materialien mit interessanten Eigenschaften für Anwendungen in den Bereichen Wärmedämmung, Elektroden, Katalyse, Filter und Adsorber, Drug-Delivery und vielen mehr. Die besonderen Eigenschaften dieser Materialien stellen aber auch große Ansprüche an etablierte Methoden zur Charakterisierung bezüglich Struktur und Wärmeleitfähigkeit. Trotz langjähriger Forschung an…

Feststoffbatterien können mehr Energie speichern und sind sicherer als Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Allerdings halten sie nicht so lange und ihre Kapazität nimmt mit jedem Ladezyklus ab. Doch das muss nicht so bleiben: Forscherinnen und Forscher sind den Ursachen bereits auf der Spur. In der Fachzeitschrift ACS Energy Letters stellt ein Team des HZB und der Justus-Liebig-Universität Gießen eine neue Methode vor, um elektrochemische Reaktionen während des Betriebs einer Feststoffbatterie mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II genau zu verfolgen. Die Ergebnisse…

Am Siegener Lehrstuhl für Festkörpermechanik wird in einem neuen Forschungsprojekt das Dämpfungsverhalten von Moosgummi simuliert. Er ist elastisch, die Oberfläche ist glatt, die Zellen im Inneren aber offen: Moosgummi. Der Schaumstoff zeichnet sich durch eine hohe Druckelastizität aus und wird häufig zur Abdichtung von Behältern oder Gehäusen genutzt. Zum innovativen Einsatz von Moosgummi bei hochtechnologischen Produkten forscht die Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Kerstin Weinberg am Lehrstuhl der Festkörpermechanik an der Universität Siegen. Moosgummi ist ein gemischtzellig getriebener Gummi-Werkstoff. Solche geschäumten…

Forschenden aus Deutschland, Italien und Großbritannien ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung eines Materials gelungen, das die Energiezurückgewinnung direkt auf dem Chip in Zukunft ermöglichen könnte. Bei ihrer Legierung aus Germanium und Zinn handelt es sich um ein sogenanntes thermoelektrisches Material, das geeignet erscheint, die Abwärme von Prozessoren in Elektrizität umzuwandeln. Da alle Elemente aus der 4. Hauptgruppe des Periodensystems stammen, kann die neue Halbleiterlegierung leicht in den CMOS-Prozess der Chipfertigung integriert werden. Die Forschungsergebnisse schafften es auf das Titelblatt…

LeMO₂n-Projekt untersucht neue Wege bei der Batterieforschung. Neue Batterien für die Zukunft der Energiewende: Daran forscht Philipp Seitz, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Digital Engineering (IDEE) der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt (THWS). Sein Projekt LeMO₂n wurde während der vergangenen drei Jahre vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie mit einer Fördersumme für die THWS von 182.000 Euro unterstützt. Um das komplexe Vorhaben voranzutreiben, nutzte Seitz erstmals Machine Learning, einen Ansatz aus der Künstlichen-Intelligenz-Forschung. Die Grundidee war, bei der Herstellung von…

Ein Forschungsteam der Universität Jena hat eine wenige Millimeter große optische Linse entwickelt, deren Lichtbrechungsverhalten sich ändert, wenn Gas anwesend ist. Wie die Forschenden im Fachblatt „Nature Communications“ berichten, wird dieses „intelligente“ Verhalten der Mikro-Linse durch das Hybridglasmaterial ermöglicht, aus dem sie besteht. Die Molekülstruktur der Linse besteht aus einem dreidimensionalen Gitter, in dessen Hohlräume Gasmoleküle aufgenommen werden können – was sich wiederum auf die optischen Eigenschaften des Materials auswirkt. Multiresponsive Gläser „Mit Unterstützung der Carl-Zeiss-Stiftung entwickeln wir sogenannte multiresponsive…

Ohne Lithium-Ionen-Batterien ist umweltfreundliche Mobilität und nachhaltige Energieversorgung kaum vorstellbar. Doch der steigende Bedarf an Batterien und die damit verbundenen Rohstoffe stellen uns vor große Herausforderungen. Mit dem Projekt REWIND sollen wichtige Hindernisse auf dem Weg zu einer effizienten und ökologisch nachhaltigen Kreislaufwirtschaft überwunden werden. REWIND wird im Rahmen des BattFutur Programms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) durchgeführt. Das Projektziel ist klar definiert: Die Recyclingfreundlichkeit von Batterien soll signifikant gesteigert werden, um die Ressourceneffizienz zu erhöhen und CO2-Emissionen…

Mittels einer speziellen hauchdünnen Goldmembran haben ETH-Forschende die Untersuchung von Oberflächen deutlich erleichtert. Damit lassen sich nun Oberflächeneigenschaften messen, die mit herkömmlichen Methoden unzugänglich sind. In Kürze Oberflächen lassen sich mit herkömmlichen Methoden wie der Raman-Laserspektroskopie nur schwer untersuchen, da die Signale sehr schwach sind. ETH-Forschende haben eine Goldmembran entwickelt, die – auf ein Material aufgebracht – das Raman-Signal der Oberfläche bis tausend Mal verstärkt. In Zukunft könnten die Goldmembranen für bestimmte Oberflächen optimiert und so die Signalstärke nochmals deutlich erhöht…