Kategorie: Forschung

Durchbruch in der Magnonik? Neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt

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Jülicher Forscher haben gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland, Frankreich und China eine neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt, die großes Potential für neuartige technische Anwendungen bietet. Für die Entdeckung synthetisierte und charakterisierte das 17-köpfige Team mit viel Arbeitsaufwand so genannte zweidimensionale Materialien, die einmal verschiedenste Funktionen in atomar dünnen Schaltkreisen übernehmen könnten, die auf der Zukunftstechnologie Magnonik basieren. Noch handelt es sich um Grundlagenforschung, die zukünftig jedoch die gezielte Entwicklung verwandter Materialien mit verschiedensten nutzbaren Eigenschaften vereinfachen soll. Im Erfolgsfall könnten Magnonik-Bausteine in die Halbleiter-Technologie integriert werden und geringeren Energieverbrauch und neue Funktionen ermöglichen.

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind. Copyright: Forschungszentrum Jülich

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind.
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Grüner Wasserstoff zu wirtschaftli­chem Preis

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© panthermedia

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Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Das Erreichen der Klimaneutralität in Deutschland bis zum Jahr 2045 erfordert eine Transformation in nahezu allen Lebensbereichen. Erneuerbare Energien werden zukünftig das Rückgrat moderner Volkswirtschaften darstellen. Häufig müssen etablierte Technologien, die auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basieren, durch elektrische Alternativen ersetzt werden. Dies wird besonders beim Thema Elektromobilität deutlich. In der Praxis können jedoch nicht alle Prozesse auf die Nutzung energiereicher Brennstoffe verzichten. So sind zum Beispiel die Stahlindustrie oder der Flugverkehr auf energiereiche Brennstoffe angewiesen. Gleichzeitig stellt die hohe Volatilität, also die intensiven Schwankungen regenerativer Energiequellen, die Elektroenergieversorgung vor große Herausforderungen. Für beide Probleme stellt die Erzeugung von Grünem Wasserstoff eine attraktive Lösung dar. So kann mit überschüssiger Elektroenergie Wasserstoff erzeugt und als regenerativer Brennstoff verwendet werden. Allein in Deutschland wird der zukünftige jährliche Wasserstoff-Bedarf mehrere Hundertmillionen Tonnen betragen. Das Thema Wasserstoff stellt für die deutsche Industrie eine große Chance dar, die Zukunft zu gestalten. Notwendig sind effiziente, langlebige, robuste, kostengünstige, skalierbare und netzfreundliche Elektrolyseanlagen. Weiterlesen

Innovativer Sensor spürt Moleküle gezielt und genau auf

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Kombination von Graphen-Transistor mit metallorganischer Beschichtung ermöglicht sensitive und selektive Detektion

ie Sensoreinheit, bestehend aus einem Graphen-Feldeffekttransistor, auf den ein oberflächengebundenes metallorganisches Gerüst aufgewachsen ist. (Abbildung: Sandeep Kumar, KIT)

Die Sensoreinheit, bestehend aus einem Graphen-Feldeffekttransistor, auf den ein oberflächengebundenes metallorganisches Gerüst aufgewachsen ist. (Abbildung: Sandeep Kumar, KIT)

Einen neuartigen Sensor für Gasmoleküle haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Dazu haben sie einen Graphen-Transistor mit einer maßgeschneiderten metallorganischen Beschichtung kombiniert. Der innovative Sensor erkennt Moleküle gezielt und genau und bereitet den Weg zu einer ganz neuen Klasse von Sensoren. Als prototypisches Beispiel demonstriert die Gruppe einen Ethanolsensor, der weder auf andere Alkohole noch auf Feuchtigkeit reagiert. Weiterlesen

Hochpräzise Bearbeitung eloxierter Flächen

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Wie lassen sich schwachgekrümmte Zylinder- und Torusflächen, also leicht gebogene Flächen, mit Krümmungsradien von 200 bis 20.000 Millimeter präzise bearbeiten? Vor dieser Herausforderung standen Dr. Volker Herold und Susanne Sandkuhl von der Abteilung Mechanik der funktionellen Materialien am Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Zu bearbeiten waren Teile eines Präzisionswerkzeuges, das zur Montage eines Röntgen-Spiegels für ein Weltraum-Observatorium dient. Der zu fertigende Spiegel soll 2031 im Rahmen der Athena-Mission der Europäischen Raumfahrt-Agentur per Satellit ins All geschossen werden. Dr. Herold von der Universität Jena arbeitet in dem Projekt eng mit Partnern in den Niederlanden und in Sachsen-Anhalt zusammen. Weiterlesen

Bleifreie Perowskit-Solarzellen – Wie Fluor-Additive die Qualität verbessern

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Die Beigabe von Fluor-Additiven steigert die Qualität der Perowskit-Schicht. Analysen an BESSY II zeigen nun, warum. © M. Künsting/HZB

Die Beigabe von Fluor-Additiven steigert die Qualität der Perowskit-Schicht. Analysen an BESSY II zeigen nun, warum. © M. Künsting/HZB

Zinnhalogenid-Perowskite gelten aktuell als beste Alternative zu den bleihaltigen Analogen, sind jedoch im Vergleich zu diesen noch deutlich weniger effizient und stabil. Nun hat ein Team um Prof. Antonio Abate aus dem HZB die chemischen Prozesse in der Perowskit-Vorläuferlösung und deren Fluoridchemie eingehend analysiert. Durch eine raffinierte Kombination von Messmethoden an BESSY II mit Kernspinresonanz konnten sie zeigen, dass Fluorid die Oxidation von Zinn verhindert, was zu einer homogeneren Filmbildung mit weniger Defekten führt und die Qualität der Halbleiterschicht erhöht. Weiterlesen

Smarte Muskeln und Nerven aus leichtem Kunststoff machen Roboter der Zukunft gefühlvoll

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© Oliver DietzeJuniorprofessor Gianluca Rizzello mit „dielektrischen Elastomeren“. Aus diesem Verbundwerkstoff erschaffen die Saarbrücker Forscherinnen und Forscher künstliche Muskeln und Nerven von flexiblen Roboterarmen

© Oliver Dietze Juniorprofessor Gianluca Rizzello mit „dielektrischen Elastomeren“. Aus diesem Verbundwerkstoff erschaffen die Saarbrücker Forscherinnen und Forscher künstliche Muskeln und Nerven von flexiblen Roboterarmen

Chirurgische Instrumente, die sich wie feine Oktopus-Arme in alle Richtungen schlängeln oder große, kraftvolle, aber leichte Roboter-Tentakel, die gefahrlos mit Menschen Hand in Hand arbeiten oder ihnen unter die Arme greifen: Mit starken Muskeln und sensiblen Nerven aus intelligentem Kunststoff entsteht eine neue Generation von Roboterarmen. Das Team um die Experten für smarte Materialsysteme Professor Stefan Seelecke und Juniorprofessor Gianluca Rizzello schafft hierfür die Grundlagen.
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Neue zweidimensionale Polymere

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Maßgeschneiderte 2D-Materialien durch Selbstorganisation und Photopolymerisation

Ein internationales Forscherteam, angeführt von Mitgliedern der Technischen Universität München, des Deutschen Museums und der Universität Linköping, hat ein Verfahren entwickelt, um zweidimensionale Polymere mit der Dicke nur einer Moleküllage durch Lichteinwirkung auf einer Graphit-Oberfläche herzustellen. Die Entwicklung ebnet den Weg zu neuen ultradünnen und funktionellen Materialien.

Markus Lackinger transferiert mittels Vakuumgreifer eine Probe in der Ultrahochvakuum-Kammer. Sie enthält alle Einrichtungen zur Herstellung und Analyse von Proben im Vakuum. Bild: Andreas Heddergott / TUM

Markus Lackinger transferiert mittels Vakuumgreifer eine Probe in der Ultrahochvakuum-Kammer. Sie enthält alle Einrichtungen zur Herstellung und Analyse von Proben im Vakuum.
Bild: Andreas Heddergott / TUM

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Polypropylen-Recycling aus Teppichabfällen

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© ISOPREP Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

© ISOPREP
Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

Teppichabfälle bestehen zu einem erheblichen Teil aus erdölbasiertem Polypropylen. Bislang sind sie jedoch nicht recycelbar; sie werden daher verbrannt oder deponiert. Über ein neuartiges Lösungsmittel lässt sich das Polypropylen aus Teppichabfällen in Primärqualität zurückzugewinnen – ohne merkliche Qualitätseinbußen. Auch in punkto Kosten ist das Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und seiner Partner durchaus konkurrenzfähig. Entwickelt wurde es im EU-Projekt »ISOPREP«. Weiterlesen

Enzyme erfolgreich in Kunststoffe einbinden

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© Fraunhofer IAP Herstellung einer biofunktionalisierten Folie im Verarbeitungstechnikum.

© Fraunhofer IAP
Herstellung einer biofunktionalisierten Folie im Verarbeitungstechnikum.

Kunststoffe werden in der Regel bei deutlich über einhundert Grad Celsius verarbeitet, Enzyme dagegen halten diesen hohen Temperaturen üblicherweise nicht stand. Forschenden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP ist es gelungen, diese Gegensätze zusammenzubringen: Sie können Enzyme in Kunststoffe einbauen, ohne dass die Enzyme dabei ihre Aktivität verlieren. Die Potenziale, die sich dadurch ergeben, sind groß. Weiterlesen

Cellulosefasern gegen den Klimawandel

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Bild: Cellulosefasern der DITF als Filtermaterial

Bild: Cellulosefasern der DITF als Filtermaterial

Der Schutz des globalen Klimas ist ein Vorhaben, das sowohl die Industrie wie auch die Gesellschaft vor eine große Aufgabe stellt. Allein durch Begrenzung der globalen Emissionen, durch Einsparung von Kohlenstoffdioxid (CO2), werden die Klimaziele nicht zu erreichen sein. Denn auch weiterhin wird es unvermeidbare CO2-Emissionen geben, die dennoch kompensiert werden müssen. Wege aus dieser misslichen Situation können Maßnahmen wie Aufforstung, Kohlenstoffbindung im Boden oder gar das aktive Abtrennen von CO2 aus der Luft sein. Solche sogenannten ‚Direct-Air-Capture-Technologien‘, werden bereits aus verschiedenen Ansätzen heraus im Forschungsmaßstab oder in Pilotanlagen erprobt. In einem dieser Verfahren setzt man spezielle Filter ein, mit denen sich CO2 aus der Atmosphäre entfernen lässt. Die DITF entwickeln im Rahmen eines Forschungsprojektes textile Materialien zur CO2-Abtrennung aus der Luft. CO2 kann auf diesem Wege längerfristig fixiert und damit dem Klimakreislauf dauerhaft entzogen werden. Oder es wird als Rohstoff für die Herstellung von CO2-neutralen Kohlenwasserstoffen genutzt. Weiterlesen