Kategorie: Themen

Informative Beiträge zu dem Themen: Fertigung, Forschung, Oberfläche, 3D-Druck, Verbindungstechnik, Lufttechnik, Umwelttechnik, Werkstoffe und viele mehr.

Nanomaterialien komponieren – mit KI und Chemie

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Perowskit-Nanokristall-Lösungen mit unterschiedlichen, fein einstellbaren Emissionsfarben | © N. Henke / LMU

Perowskit-Nanokristall-Lösungen mit unterschiedlichen, fein einstellbaren Emissionsfarben | © N. Henke / LMU

Forschende der LMU entwickeln ein Werkzeug, das automatisierte chemische Synthese, Hochdurchsatz-Charakterisierung und datengetriebene Modellierung verbindet.

Der LMU-Forscher Professor Alexander Urban hat gemeinsam mit seinem Team ein Werkzeug entwickelt, das das Design neuer Materialien revolutionieren könnte. Synthesizer ist eine Plattform, die automatisierte chemische Synthese, Hochdurchsatz-Charakterisierung und datengetriebene Modellierung verbindet. Ziel ist es, das Wachstum von Nanokristallen so präzise zu steuern wie nie zuvor und so Materialien mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften zu erzeugen. Weiterlesen

Batterien aus Rost

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Mit Eisenoxid gefüllte Kohlenstoffkugeln bieten gute Speicherkapazität

Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus enthalten problematische Stoffe wie Nickel und Kobalt. Zudem sind die Lösungsmittel, mit denen Elektrodenmaterialien beschichtet werden, toxisch. Materialwissenschaftler der Universität des Saarlandes suchen daher nach umweltfreundlichen Alternativen. In hochporösen Hohlkugeln aus Kohlenstoff, die an der Universität Salzburg von Professor Michael Elsässer entwickelt wurden, haben sie jetzt fein verteiltes Eisenoxid eingebracht. Die erzielten Speicherkapazitäten klingen vielversprechend, Eisen und Kohlenstoff sind zudem breit verfügbar.

„Aus Salzburg kommen ja bekanntlich die Mozartkugeln her. Analog zu diesen gefüllten Schokoladenkugeln kann man sich die Kohlenstoffhohlkugeln vorstellen, die unsere Kollegen an der Universität Salzburg entwickelt haben. Diese so genannten Spherogele (engl. Carbon Spherogels) bieten uns Einheiten in Nanometergröße (ca. 250 nm) mit großen Oberflächen und einer hohen elektrochemischen Kapazität. Die Herausforderung ist nun, passende Metalloxide über eine chemische Synthese in den schon vorhandenen Hohlraum hineinzupacken“, erklärt die Materialforscherin Stefanie Arnold. Nach ersten Versuchen mit Titandioxid, dessen Fähigkeit, Lithium-Ionen speichern und wieder freizugeben, jedoch relativ gering war, kam das Eisenoxid ins Spiel, das landläufig jeder als Rost kennt. Weiterlesen

SPS-Diagnosepuffer um eine Informationsquelle reicher

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Der Badewanneneffekt: Gleich zu Beginn entstehen Ausfälle durch diverse Mängel (Produkt-, Installations- und Softwarefehler), die mit entsprechend geplantem Aufwand behoben werden müssen. Nach langem Betrieb einer Anlage häufen sich dann wieder die Ausfälle durch Alterung und Verschleiß von Komponenten. (Urheber: Indu-Sol)

Der Badewanneneffekt: Gleich zu Beginn entstehen Ausfälle durch diverse Mängel (Produkt-, Installations- und Softwarefehler), die mit entsprechend geplantem Aufwand behoben werden müssen. Nach langem Betrieb einer Anlage häufen sich dann wieder die Ausfälle durch Alterung und Verschleiß von Komponenten. (Urheber: Indu-Sol)

Wohl fast jeder Maschinenbauer kennt das Szenario bei der Inbetriebnahme: Anstatt mit Loop Checks und Funktionstests die Maschine zu prüfen oder diese starten zu können, kämpft man erst einmal gegen sporadische, nicht reproduzierbare Ereignisse in der PROFINET-Kommunikation. Die Ursachen sind meist nicht klar nachzuvollziehen und auch der SPS-Diagnosepuffer macht hierzu keine klaren Aussagen. Letztlich hilft man sich mit dem sukzessiven Tausch von Steckern, Verbindungsleitungen oder auch der betroffenen Netzwerkkomponenten. Diese Situation nervt, kostet Zeit und ähnelt oft einem „Fischen im Trüben“. Besser wäre es, mit eindeutigen Informationen die Ursachen schnell auffinden und zielgerichtet beseitigen zu können und dann die Möglichkeit zu haben, sich voll auf die Inbetriebnahme zu konzentrieren. Weiterlesen

F-Gase-Verordnung: Die Notwendigkeit zur Chance machen

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© technotrans SE

© technotrans verfolgt einen konsequenten Ausbau natürlicher Kältemittel in seinen energieeffizienten Temperiergeräten der Baureihe teco ci

Die Verschärfungen der F-Gase-Verordnung sorgen bei vielen Unternehmen für Unsicherheit. Fristen rücken näher und die Frage nach der richtigen Kältemittel-Strategie drängt. Was auf den ersten Blick wie eine regulatorische Belastung wirkt, ist gleichzeitig eine strategische Chance für mehr Effizienz, sinkende Betriebskosten und echte Zukunftssicherheit. Als führender Thermomanagement-Spezialist hat technotrans bereits seit Jahren Kühl- und Temperiertechnik mit natürlichem Kältemittel bei seinen Kunden im Einsatz. Mit seiner Erfahrung zeigt das Unternehmen, wie Betriebe die Transformation erfolgreich gestalten und die Notwendigkeit in einen klaren Wettbewerbsvorteil verwandeln. Weiterlesen

Der gläserne Druckgussprozess – Rückverfolgbarkeit und Vorhersage durch Digitalisierung und KI

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Der digitale Druckguss-Zwilling verknüpft Materialzustandsinformationen zu allen Teilprozessen des Druckgießens und schafft eine Wissensbasis zum Erfüllen von wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen. Dazu wurden am Fraunhofer IWM mit Ontologie-basierten semantischen Strukturen Wissensgraphen zu verschiedenen Prozessschritten erstellt und vernetzt.

© Fraunhofer IWM Abb. 1: Der gläserne Druckgussprozess – mit einer integrierten Wissensbasis zu Material- und Prozessdaten den wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen an Gussbauteile gerecht werden

© Fraunhofer IWM
Abb. 1: Der gläserne Druckgussprozess – mit einer integrierten Wissensbasis zu Material- und Prozessdaten den wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen an Gussbauteile gerecht werden

Dekarbonisierung, Kostensteigerungen, Entwicklungstempo, Innovationsdruck – ohne eine umfassende produktbezogene Wissensbasis können die Herausforderungen, die teilweise im Zielkonflikt miteinander stehen, nicht bewältigt werden. Das gilt besonders für technologieintensive Produkte, die hohe Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erfüllen haben, und genauso für Gussbauteile. Weiterlesen

Neuartige „Tinte“ für den lichtbasierten 3D-Druck

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Konzept zur Herstellung elektrochromer Strukturen mithilfe von Digital Light Processing (links); Anwendung im spektroelektrochemischen Experiment (rechts). Bild: Universität Stuttgart / GRK 2948 / F. Sterl

Konzept zur Herstellung elektrochromer Strukturen mithilfe von Digital Light Processing (links); Anwendung im spektroelektrochemischen Experiment (rechts).
Bild: Universität Stuttgart / GRK 2948 / F. Sterl

Eine neuartige „Tinte“ macht es möglich, elektrochemisch schaltbare, leitfähige Polymere mit einem lichtbasierten Verfahren dreidimensional zu drucken. Forschende der Universitäten Heidelberg und Stuttgart ist es gelungen, sogenannte Redoxpolymere für die additive Fertigung mit Digital Light Processing nutzbar zu machen. Die auf diese Weise entstehenden komplexen zwei- und dreidimensionalen Strukturen können elektrochemisch so manipuliert werden, dass sie ihre Farbe ändern. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Fertigung etwa von 3D-gedruckten optoelektronischen Geräten. Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des von beiden Universitäten getragenen Graduiertenkollegs „Gemischter Ionen-Elektronentransport: Von den Grundlagen zur Anwendung“ durchgeführt. Weiterlesen

Protonenleitende Keramiken für die Energiewende

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Bild: Pixelbuddha Studio -stock.adobe.com/TU Darmstadt

Bildquelle: Pixelbuddha Studio -stock.adobe.com/TU Darmstadt

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet eine neue Forschungsgruppe unter Federführung der TU Darmstadt ein. In dem Vorhaben „SynDiPET“ von TU-Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu als Sprecherin geht es um sogenannte protonenleitende Keramiken, die aufgrund ihres möglichen Einsatzes als Elektrolyte Schlüsselmaterialien für die Energiespeicherung und Brennstoffzellentechnologie sind. Die Technologie ermöglicht mit relativ geringem Energieeinsatz die Erzeugung von hochreinem, trockenem Wasserstoff, der direkt weiterverwendet werden kann. Wasserstoff gilt als einzige realistische Lösung, um erneuerbare Energie in großem Maßstab zu speichern.

Allerdings stößt bei der Gestaltung von protonenleitenden keramischen Elektrolyten das bisherige Materialdesign zunehmend an Grenzen, was eine breite Anwendung bislang einschränkt. Hier setzt die Forschungsgruppe „Synergetisches Design protonenleitender Keramiken für Energietechnologie (SynDiPET)“ an: Sie will in einer übergreifenden Betrachtung die Mikrostrukturen von Elektrolytkeramiken optimieren, insbesondere durch neuartige Sinter- und Charakterisierungstechnik. Dabei sollen auch skalenübergreifende Simulationen und Methoden des Maschinellen Lernens einbezogen werden. Weiterlesen

Neuer Standard: Materialforscher trainieren KI mit Mikroskopie-Analysedaten von 10.000 Stahlproben

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Bei rund 5.000 Stahlsorten kommt es im Herstellungsprozess auf Nuancen an. Um neue Eigenschaften zu kreieren oder die konstante Qualität zu sichern, werden die Stähle mit verschiedenen Bildgebungsverfahren analysiert. Professor Frank Mücklich und sein Forschungsteam haben dazu über viele Jahre eine umfassende Expertise aufgebaut. Mit ihren mikroskopischen Analysedaten konnten sie eine KI so trainieren, dass sie kleinste Veränderungen im Stahl aufspürt.

Diese KI kann nun auch in Industrielaboren als Standard dienen, um metallische und keramische Werkstoffe zu analysieren. Dafür arbeiten die Saarbrücker Forscher mit der auf Bilddatenbanken spezialisierten Firma Imagic aus der Schweiz zusammen.

Bei der Herstellung von Stahl und anderen Metallen wirkt sich jeder Produktionsschritt auf die innere Struktur aus, von Materialforschern als „Gefüge“ bezeichnet. Dieses wird durch die chemische Zusammensetzung, das Walzverfahren oder Wärmebehandlungen verändert. „Das Gefüge des Stahls ist äußerst komplex und je nach gewünschter Eigenschaft sehr unterschiedlich. Unter dem Mikroskop oder in der Computertomographie müssen aber auch kleinste Unterschiede erkannt und richtig klassifiziert werden. Dies leistet unser KI-gestütztes Verfahren nun automatisch“, erklärt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. Weiterlesen

Nachhaltige Batterien aus Nebenprodukten der Holzindustrie

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© Fraunhofer IKTSHard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die Elektrode der Thüringer Wald-Batterie.

© Fraunhofer IKTS
Hard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die Elektrode der Thüringer Wald-Batterie.

Angesichts des wachsenden Bedarfs an Energiespeichern für die Energiewende sind kostengünstige, sichere und ressourcenschonende Batterietechnologien dringend erforderlich. Natrium-Ionen-Batterien auf Basis lokal verfügbarer und umweltfreundlicher Materialien bieten hier einen vielversprechenden Ansatz. Fraunhofer-Forschende und ihre Projektpartner nutzen Lignin – ein Nebenprodukt der Holz- und Zellstoffindustrie – als Bestandteil eines Natrium-Ionen-Batteriesystems. Weiterlesen

Neuartiges magnetisches Material mit Spiralstruktur

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Künstlerische Darstellung des p-Wellen-Splittings: Laufrichtungsabhängiger Spin von Elektronen (grüne/lila Pfeile) über einer magnetischen Gitterstruktur. (Grafik: Dr. Jan Masell, KIT)

Künstlerische Darstellung des p-Wellen-Splittings: Laufrichtungsabhängiger Spin von Elektronen (grüne/lila Pfeile) über einer magnetischen Gitterstruktur. (Grafik: Dr. Jan Masell, KIT)

Ein neuartiges magnetisches Material mit ungewöhnlicher elektronischer Struktur könnte künftig schnellere, kleinere und effizientere Computerchips ermöglichen: der p-Wellen-Magnet. An seiner Herstellung waren Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beteiligt. Sein magnetisches Verhalten im Innern des Materials entsteht, weil sich die Spins der Elektronen wie eine Spirale anordnen. Dadurch wird durchfließender elektrischer Strom seitlich abgelenkt. Weiterlesen