Materialwissenschaften

Zwei Schichten für mehr Effizienz: Tandem-Solarzellen auf Perovskitbasis können Sonnenlicht besser einfangen als herkömmliche Solarzellen aus Silicium. Im Labor konnten sich die leichten und flexiblen Zellen bereits beweisen – jetzt arbeiten Empa-Forschende daran, sie zu skalieren und alltagstauglich zu machen. Dachziegel waren gestern: Heute sieht man auf immer mehr Schweizer Dächern grosse schwarzblaue Rechtecke, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Die schwarzblaue Farbe kommt von Silicium-Kristallen, denn auf diesem Halbleitermaterial basiert die Mehrheit der heute erhältlichen Solarzellen. Doch Silicium ist nicht…

Gefriergussverfahren sind ein kostengünstiger Weg, um hochporöse Materialien mit hierarchischer Architektur, gerichteter Porosität und multifunktionalen inneren Oberflächen herzustellen. Gefriergegossene Materialien eignen sich für viele Anwendungen, von der Medizin bis zur Umwelt- und Energietechnik. Ein Beitrag im Fachjournal „Nature Reviews Methods Primer“ vermittelt nun eine Anleitung zu Gefriergussverfahren, zeigt einen Überblick, was gefriergegossene Werkstoffe heute leisten, und skizziert neue Einsatzbereiche. Ein besonderer Fokus liegt auf der Analyse dieser Materialien mit Tomoskopie. Die Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop zeigt ein komplexes Materialsystem aus…

…erhöhen die Effizient hochmoderner Teleskope. Schon immer faszinierte den Menschen der Blick in den Sternenhimmmel und nicht minder faszinierend ist es, die Erde aus dem Weltraum zu betrachten. Möglich ist dies dank der Erfindung des Teleskops, das in seiner modernsten Form als riesiges Spiegelteleskop optisch in „unendliche Weiten“ vordringt. Zumindest theoretisch. Aktuell existierenden Teleskopen sind durch ihre Spiegel Grenzen gesetzt. Im EU-Projekt LiveMirror forscht das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien mit seinen Partnern an Technologien, die diese Grenzen auflösen….

Neue Idee, um die Eigenschaften ultradünner Materialien zu verbessern. Magnetische zweidimensionale Schichten, die aus einer oder wenigen Atomlagen bestehen, sind erst seit kurzem bekannt und versprechen interessante Anwendungen, zum Beispiel für die Elektronik der Zukunft. Bislang jedoch gelingt es noch nicht gut genug, die magnetischen Zustände dieser Materialien gezielt zu kontrollieren. Ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam unter der Federführung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der TU Dresden stellt nun eine originelle Idee vor, mit der sich dieses Manko beheben ließe – und…

Die Technische Universität Ilmenau entwickelt neue Materialien für nachhaltige und ressourcenschonende Atemschutzmasken. Im Gegensatz zu den während der Corona-Pandemie gebräuchlichen Masken sollen es die neuen Materialien ermöglichen, dass Masken mehrfach verwendet werden können. Dadurch würden erhebliche Mengen an „Medizin-Müll“ eingespart und für Verbraucher würde die Versorgung mit Masken wesentlich günstiger. Das Forschungsprojekt InnoMask, das soeben gestartet ist, wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 1,1 Millionen Euro für drei Jahre gefördert. Weil sie einen hohen Schutz vor Ansteckung mit…

Gemeinsam mit Industriepartnern haben Forschende des Fraunhofer WKI einen Fahrzeugunterboden aus Naturfasern sowie recycelten Kunststoffen für den Automobilbau entwickelt. Das Bauteil erfüllt die hohen technischen Anforderungen im Unterbodenbereich und könnte zukünftig herkömmliche Leichtbau-Fahrzeugunterböden ersetzen. Mit dieser Entwicklung wird die Klima- und Umweltbilanz über den gesamten Produktlebenszyklus optimiert. Der Fokus des Fraunhofer WKI lag auf der Materialentwicklung für den Spritzguss sowie auf der Hydrophobierung von Flachs- und Hanffasern für naturfaserverstärkte Mischfaservliese. Den Projektpartnern Fraunhofer WKI, Thüringisches Institut für Textil- und Kunststofftechnik…

… mit Hilfe von KI. Die Technische Universität Ilmenau ermöglicht durch die Optimierung des Herstellungsprozesses von Chrombeschichtungen Sanitärarmaturen, die qualitativ hochwertiger, umweltfreundlicher und wirtschaftlicher sind als bisher produzierte. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz soll die Material- und Produktentwicklung effizienter gemacht und so die Entwicklungszeiten für die industriellen Produkte verkürzt werden. Das soeben gestartete Projekt DigiChrom, an dem 11 Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen beteiligt sind, ist auf drei Jahre angelegt und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 3,2 Millionen Euro…

… auf einem Halbleitermaterial enthüllen ‘überraschende’ verborgene Aktivität. Neue Forschungen legen nahe, dass Materialien, die in der Computerchip-Entwicklung häufig übersehen werden, tatsächlich eine wichtige Rolle in der Informationsverarbeitung spielen; eine Entdeckung, die zu schnelleren und effizienteren Elektronikgeräten führen könnte. Das internationale Team beobachtete überraschende Aktivitäten in einem Halbleitermaterial unter Verwendung fortschrittlicher Bildgebungstechniken. Die Ergebnisse könnten laut dem Team der Pennsylvania State University (USA) und dem Paul Drude Institut für Festkörperelektronik (Berlin, Deutschland) zu schnelleren und energieeffizienteren elektronischen Geräten führen. Schematische…

Defekte im atomaren Maßstab ermöglichen langfristige Datenspeicherung. Dank Internet, sozialer Medien und des Cloud-Computing steigt die Menge der täglich weltweit erzeugten Daten sprunghaft an. Das erfordert neue Technologien, die eine höhere Speicherdichte in Verbindung mit einer sicheren Langzeitarchivierung gestatten, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Datenspeicher hinausgeht. Ein Forschungsteam unter Leitung des HZDR schlägt nun ein neues Konzept der Langzeit-Datenspeicherung vor, das auf atomaren Defekten in Siliziumkarbid beruht. Diese Defekte werden durch einen fokussierten Ionenstrahl erzeugt, der präzise Details, eine…

Ultraleicht, wärmeisolierend und biologisch abbaubar: Aerogel aus Cellulose ist vielseitig einsetzbar. Empa-Forschenden ist es gelungen, das Naturmaterial mittels 3D-Druck in komplexe Formen zu bringen, die einst als Präzisionsisolation in Mikroelektronik oder als personalisierte medizinische Implantate dienen könnten. Biologisch abbaubare Materialien, Tinten für den 3D-Druck und Aerogele haben auf den ersten Blick nicht viel gemeinsam. Alle drei sind aber zukunftsträchtig: «Grüne» Materialien belasten die Umwelt nicht, mit dem 3D-Drucker lassen sich ohne Materialverschwendung komplexe Strukturen herstellen, und die ultraleichten Aerogele sind…

Smarte Textilien machen Berührungen spürbar. Smarte Textilien sollen ermöglichen, auch vom Körpergefühl her in die virtuelle Realität einzutauchen und Berührungen am eigenen Leib zu spüren. Eine hauchdünne Folie, die Berührungsempfindungen übertragen kann, macht dabei Stoffe zur zweiten, virtuellen Haut. Schwer kranken Kindern in Isolierstationen soll sie die Körpernähe ihrer Eltern bei computersimulierten Besuchen spürbar machen: Sie soll ihr Streicheln fühlbar übertragen. Das Team der Professoren Stefan Seelecke und Paul Motzki von der Universität des Saarlandes stellt die Technologie hinter den…

Evolution des Synthesekautschuks: biobasierte Rohstoffe und neue Kautschuktypen. Synthetischer Kautschuk ist heute unverzichtbar, insbesondere für PKW-Reifen und technische Gummiwaren. Die Rohstoffe für seine Herstellung werden bislang weitgehend aus fossilen Quellen gewonnen. Unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP erschließen nun vier Fraunhofer-Institute alternative, biobasierte Rohstoffquellen für Synthesekautschuk, die völlig neue Kautschuktypen für Autoreifen ermöglichen werden. Das dreijährige Projekt wird durch Fraunhofer mit 3,25 Millionen Euro finanziert und startet im April 2024. Jährlich werden knapp 15 Millionen Tonnen Synthesekautschuk produziert…

Fraunhofer IWS transferiert mit »LAwave« lasergestützte Schallanalyse von Oberflächen in industrielle Praxis. Schallwellen können auf Oberflächen Eigenschaften verraten. Parameter wie Beschichtungsqualität oder Oberflächengüte von Bauteilen lassen sich mit Laser und Sensor zerstörungsfrei analysieren. In der Forschung und in einigen Industrielaboren ist diese laserinduzierte Oberflächenwellen-Spektroskopie bereits eine erprobte Messtechnologie. Mit »LAwave« präsentiert das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden im April 2024 auf der internationalen Qualitätssicherungs-Fachmesse »Control« die zweite Generation eines bedienungsfreundlichen Messgeräts, das den Durchbruch in die industrielle…

… aus Sachsen zur Materialcharakterisierung für gedruckte Elektronik. Substrate für organische Feldeffekttransistoren (OFET) zur Entwicklung von High-Tech-Materialien. Wie leistungsfähig sind neue Materialien? Führt eine Änderung der Eigenschaften zu einer besseren Leitfähigkeit? Am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS werden dafür ausgelegte Silizium-Substrate entwickelt und gefertigt. Damit wird die grundlegende elektrische Materialcharakterisierung, wie beispielsweise einer neuartigen Graphen-Emulsion, ermöglicht. Individuelle Designs erlauben die Messung sowohl halbleitender als auch leitfähiger Materialien. OFET-Substrate des Fraunhofer IPMS als Wafer. © Fraunhofer IPMS / Sebastian Lassak Organische…

LOEWE-Transfer-Professur Hochtechnologiematerialien für den JLU-Physiker Prof. Dr. Sangam Chatterjee – Enge Kooperation mit der Wirtschaft. Der Gießener Physiker Prof. Dr. Sangam Chatterjee erhält eine LOEWE-Transfer-Professur für Hochtechnologiematerialien (HIMAT) am Zentrum für Materialforschung (ZfM) und dem Fachbereich 07 – Mathematik und Informatik, Physik, Geographie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Die Professur HIMAT stärkt die Anwendungsorientierung in der Materialwissenschaft und forciert insbesondere im Bereich moderner Beschichtungstechnologien die enge Kooperation mit der Wirtschaft. Das Land Hessen fördert diese Professur für fünf Jahre mit einer…

Doppelter Erfolg: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert zwei Projekte des Siegener Forschers Prof. Dr. Hesch in der Numerischen Mechanik mit über 700.000 Euro. Gleich zwei neue Forschungsprojekte von Prof. Dr. Christian Hesch vom Lehrstuhl Numerische Mechanik an der Universität Siegen wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligt. Die Förderung beträgt jeweils 353.000 Euro für das Forschungsvorhaben zu „Kontakt Mechanik für Gradientenmaterialien“ und das Forschungsvorhaben „Numerische Raum-Zeit Anwendungen“. Die Numerische Mechanik leistet anwendungsorientierte Grundlagenforschung, die interdisziplinäre Simulationswissenschaften, Modellierung und Numerik miteinander…