Kategorie: Themen

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner, Stefan Reschke

Neben anorganischen 2D-Materialien wie Graphen, Bornitrid und Molybdändisulfid wird auch seit über einem Jahrzehnt an zweidimensionalen organischen Strukturen geforscht. Die Bezeichnung „2D-Polymere“ wurde lange nicht klar definiert und beinhaltet z.B. lineare Polymerisierungsprodukte an Grenzflächen, unregelmäßig verknüpfte Polymere an Oberflächen oder mehrlagige Schichten in Polymerkristallen, teilweise ohne die für klassische Kunststoffe typische periodische Wiederholung von klar definierten Einheiten (Monomeren). Eine eingeschränktere Definition beinhaltet nur solche Materialien, die eine räumlich-periodische Wiederholung der Monomere aufweisen und deren Schichten als Einzelschichten beispielsweise aus Polymerkristallen isoliert werden können. Dabei ist die Schichtdicke abhängig von der Größe der Monomeren. Es ist anzunehmen, dass das Anwendungsspektrum dieser synthetischen zweidimensionalen Werkstoffe letztlich breiter sein wird als beispielsweise das des Graphens, da sowohl die Möglichkeit der nachträglichen Modifizierung als auch eine gezielte Herstellung von Monomeren mit bestimmten Eigenschaften möglich ist. Weiterlesen

Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner, Dr. Diana Freudendahl, Jürgen Kohlhoff

Batterien, die elektrische Energie in chemischer Form speichern können, sind derzeit die wichtigste Energiequelle in portablen und sonstigen mobilen Anwendungen. Vor allem sind sie aus heutiger Sicht das Schlüsselelement in Bezug auf eine konkurrenzfähige Elektromobilität, vom Fahrrad mit Hilfsmotor über vollelektrische PKW und LKW bis hin zu Wasser- und Luftfahrzeugen. Hierbei spielen wiederaufladbare Li-Ionen-Akkumulatoren aufgrund ihrer guten Gebrauchseigenschaften, z.B. minimaler Memory-Effekt und sehr hohe Zyklenzahl, aktuell die zentrale Rolle. Dennoch sind beispielsweise vollelektrische Fahrzeuge wie Tesla S oder Nissan Leaf mit praktischen Reichweiten von ca. 300 km respektive ca. 180 km und „Tankpausen“ von knapp einer bis zu acht Stunden schlecht vermittelbar, auch wenn z.B. in Deutschland ca. 60 % der täglichen individuellen Gesamtfahrstrecken (PKW) unter 50 km liegen und nur ca. 20 % der PKW täglich weiter als 150 km fahren. Darüber hinaus wird ein Potenzial von ca. 4 Mio. Kleintransportern für Handwerk und Zustellbetriebe geschätzt, deren tägliche Fahrleistung unter 100 km liegt – die also bereits mit heutiger Technologie vollelektrisch fahren könnten. Weiterlesen

Dr. Ramona Langner, Dr. Diana Freudendahl, Stefan Reschke

Unter dem Begriff Seltenerdmetalle (auch Seltenerdelemente, SEE) werden üblicherweise die 17 chemisch sehr ähnlichen Elemente der Lanthanoiden sowie Yttrium und Scandium zusammengefasst. Sie finden seit gut zwei Jahrzehnten immer breitere Anwendung vor allem in Hochtechnologien oder „grünen“ Technologien wie der Windenergie oder der Elektromobilität. Eine große Rolle spielen sie insbesondere für den Einsatz in Legierungen, Permanentmagneten, NiMH-Akkumulatoren, Katalysatoren sowie als Leuchtstoffe. Weiterlesen

Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner, Dr. Diana Freudendahl

Reibung, Verschleiß und Schmierung sind nach wie vor zentrale Themen bei Konstruktion, Herstellung und Gebrauch beweglicher Bauteile, denn sie bestimmen zu einem wesentlichen Teil Lebensdauer, Wartungskosten und Energieverbrauch der aus ihnen aufgebauten Systeme, wie z.B. Maschinen und Fahrzeuge. Neben flüssigen Schmierstoffen wie z.B. Ölen und höherviskosen Fetten werden für besondere Belastungen, speziell bei hohen Betriebstemperaturen, daher schon lange Mischsysteme aus Ölen bzw. Fetten und Feststoffen wie z.B. Graphit, Molybdendisulfid, Keramikpartikeln oder feinsten (Weich‑)Metallpulvern eingesetzt. Weiterlesen

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner, Stefan Reschke

Das mit Abstand am weitesten erforschte zwei-dimensionale Material (2D-Material), für dessen Entdeckung im Jahr 2004 Novoselov und Geim den Physik-Nobelpreis (2010) erhielten, ist Graphen. Zu Beginn konzentrierte sich die Erforschung der 2D-Materialien fast ausschließlich auf diesen bemerkenswerten Werkstoff. Das Material besteht aus einer einzigen Atomlage kovalent gebundener Kohlenstoffatome und verknüpft eine sehr gute thermische und elektrische Leitfähigkeit mit sehr geringem Gewicht und extrem hoher Festigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit kann allerdings erst durch Modifikationen eingestellt werden, da Graphen ein Isolator ist. Aufgrund dieses außergewöhnlichen Profils wurden in den letzten Jahren zunehmend weitere sehr interessante 2D-Materialien erforscht, die z.T. sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Einige dieser Materialien werden im Folgenden näher beleuchtet. Weiterlesen

Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner, Dr. Diana Freudendahl

Das Wort Nanogenerator ist ein Sammelbegriff für kleine und kleinste Energiekonverter, bei denen meist eine nanoskalige Komponente, z.B. Nanoröhren, maßgeblich an der Energiekonversion beteiligt ist. Die Idee ist, sie aus ihrer direkten Umwelt ausreichend Energie ernten zu lassen (Energy Harvesting), um damit aktuelle und insbesondere zukünftige kleine elektronische Einheiten kontinuierlich und ausreichend mit Elektrizität zu versorgen. Solche Kleinstelektronik, wie z.B. hochsensible Bio-, Chemo- oder Umweltsensoren, mikroelektromechanische Bauteile (MEMS) oder Nanoroboter, sollen dadurch unabhängig von externer Energieversorgung durch Kabel oder relativ voluminöse Energiespeicher wie Akkumulatoren oder Batterien werden. Genutzt werden soll dabei die an sich im Überfluss vorhandene Energie aus der Umwelt, nämlich thermische, mechanische, chemische und biochemische Energie. Weiterlesen