Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Grüner Stahl aus giftigem Rotschlamm

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In großen Deponien wie hier bei Aughinish Aluminiumhütte in Irland wird derzeit der ätzende und giftige Rotschlamm, der bei der Aluminiumproduktion entsteht, entsorgt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung hat einen wirtschaftlichen Prozess entwickelt, um daraus klimaneutral Eisen für die Stahlindustrie zu gewinnen.© Gabriel Cassan / Adobe Stock

In großen Deponien wie hier bei Aughinish Aluminiumhütte in Irland wird derzeit der ätzende und giftige Rotschlamm, der bei der Aluminiumproduktion entsteht, entsorgt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung hat einen wirtschaftlichen Prozess entwickelt, um daraus klimaneutral Eisen für die Stahlindustrie zu gewinnen. © Gabriel Cassan / Adobe Stock

Bei der Produktion von Aluminium fallen jährlich rund 180 Millionen Tonnen giftigen Rotschlamms an. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung zeigen nun, wie sich aus dem Abfall der Aluminiumproduktion auf relativ einfache Weise grüner Stahl erzeugen lässt. In einem Lichtbogenofen, wie ihn die Stahlindustrie seit Jahrzehnten nutzt, wandeln sie das im Rotschlamm enthaltene Eisenoxid mithilfe von Wasserstoffplasma in Eisen um. Auf diese Weise ließen sich aus den vier Milliarden Tonnen Rotschlamm, die sich bislang weltweit angesammelt haben, knapp 700 Millionen Tonnen CO2-freier Stahl gewinnen. Das entspricht einem guten Drittel der jährlichen Stahlproduktion weltweit. Und wie das Max-Planck-Team zeigt, würde sich dieser Prozess auch ökonomisch lohnen. Weiterlesen

Magnetisch durch eine Prise Wasserstoff

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Änderung der Magnetisierungsdichte des nicht-van-der-Waals-2D-Materials CdTiO3 nach der Hydrierung. Rote Bereiche zeigen Verstärkung der Magnetisierung an, während blaue Bereiche entsprechende Verringerung signalisieren.

© Tom Barnowsky
Änderung der Magnetisierungsdichte des nicht-van-der-Waals-2D-Materials CdTiO3 nach der Hydrierung. Rote Bereiche zeigen Verstärkung der Magnetisierung an, während blaue Bereiche entsprechende Verringerung signalisieren.

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 zwar indem man die 2D-Schicht mit Wasserstoff reagieren lässt. Weiterlesen

Mit CO2-verbrauchendem Bakterium Stoffe auf Erdöl-Basis ersetzen

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Erdöl steckt in den meisten Produkten unseres Alltags, zum Beispiel in Windeln und Waschmitteln. Solche Stoffe könnten künftig durch bioabbaubare Grundstoffe ersetzt werden, die ein Bakterium aus dem Rindermagen produzieren kann. Wie das funktionieren könnte, erforschen Wissenschaftler der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Kollegen aus Forschung und Industrie in einem von der Bundesregierung geförderten Projekt.

Die Kuh als Klimaretter? Das dürfte in der öffentlichen Wahrnehmung eher nicht so gesehen werden. Im Gegenteil: Die Aufzucht von Rindern und der Verzehr von Rindfleisch gelten als Klimasünden par excellence. Und dennoch könnten die Wiederkäuer einen Anteil daran haben, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihrer Hilfe klima- und umweltschonende Technologien entwickeln. Weiterlesen

Forschern gelingt Synthese einer neuen Form von Eisen

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Eisen ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde und auch im gesamten Universum. Es spielt eine Schlüsselrolle in allen Bereichen unseres Lebens, sei es in der Industrie oder für den Sauerstofftransport in unserem Blut. Forschern der Universität des Saarlandes und weiterer Kollegen aus Deutschland ist nun die Synthese einer neuen Form von Eisen gelungen. Auf Basis dieser Grundlagenforschung bieten sich Perspektiven für wichtige Anwendungsfelder wie zum Beispiel in der Energiewirtschaft.

Eisen spielt eine zentrale Rolle, und zwar nicht nur als Ausgangsstoff für die Stahlindustrie und andere technische Anwendungen. Eisen ist auch essenziell für viele Abläufe in der Natur und unserem Körper. „Eisenverbindungen vermitteln Redoxvorgänge, zum Beispiel im natürlichen Stickstoffkreislauf oder in der Atmung. Unser rotes Blut hat seine Farbe von oxidierten Eisenverbindungen, die den Sauerstoff auf diese Weise durch den Körper transportieren“, erläutert Dominik Munz. Weiterlesen

Allplastik Blitzbinder detektierbar

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© Württembergische Allplastik GmbH

© Württembergische Allplastik GmbH

Der detektierbare Blitzbinder® wurde 2012 von Björn-Gunnar Lefnaer erfunden und zur Serienreife entwickelt. Neben den hochwertigen Funktionen der Blitzbinder-Sortimente, besitzt dieser zusätzlich magnetische Füllstoffe, konform den FDA-Anforderungen sowie der Richtlinie 2000/72/EG und der Verordnung (EU) Nr. 10/2011, und kann dadurch mit handelsüblichen Röntgenapparaten oder Metalldetektoren aufgespürt werden. Weiterlesen

Innovative Rechenmethode enthüllt Hochleistungs­keramiken für extreme Umgebungen

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Künstlerischer Blick auf das Kristallgitter einer Hochentropie-Keramik, die so hitzebeständig und elektronisch belastbar ist, dass sie Geräten den Betrieb bei lavaähnlichen Temperaturen ermöglichen könnte.

Künstlerischer Blick auf das Kristallgitter einer Hochentropie-Keramik, die so hitzebeständig und elektronisch belastbar ist, dass sie Geräten den Betrieb bei lavaähnlichen Temperaturen ermöglichen könnte. ( © B. Schröder/HZDR)

Ein internationales Forschungsteam hat ein Verfahren entwickelt, um neuartige Materialien zu berechnen, die bei extrem hohen Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius funktionieren. Diese leistungsfähigen Keramiken könnten eines Tages die Grundlage für robustere Beschichtungen, Batterien und strahlungsbeständige Geräte bilden.

Elektronische Geräte, die lavaähnlichen Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius standhalten? Eine neue Klasse von Hochleistungsmaterialien könnte das bald möglich machen. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Materialwissenschaftler:innen der Duke University (USA) hat eine Berechnungsmethode vorgestellt, mit der sich schnell Vertreter einer neuen Klasse von Materialien entwickeln lassen, die so hitzebeständig und elektronisch stabil sind, dass sie Geräte in die Lage versetzen könnten, bei extremer Hitze zu funktionieren. Bei diesen Materialien handelt es sich um Keramiken aus sogenannten Überangsmetallcarbonitriden oder -boriden. Dieser spezielle Typ von Verbindungen bildet stark ungeordnete Strukturen, sogenannte Hochentropiephasen. Durch die zufällige Verteilung der Kationen im Material kommt es dabei in hohem Maße zu Reflexionen und Interferenzen von Wellen, woraus sich besondere mechanische, elektronische und thermische Eigenschaften ergeben. Weiterlesen

Digitaler Zwilling beschleunigt Solarforschung

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Solarflächen der Zukunft: flexibel, durchsichtig und mit immenser Einsatzvielfalt. (Bild: FAU/DALL-E/runwayml)

Solarflächen der Zukunft: flexibel, durchsichtig und mit immenser Einsatzvielfalt. (Bild: FAU/DALL-E/runwayml)

Künstliche Intelligenz soll die Suche nach dem perfekten Material für Solarmodule um den Faktor zehn beschleunigen. Daran arbeitet ein interdisziplinäres Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Die Forschenden aus der Materialwissenschaft, dem Ingenieurwesen, der Chemie und der Informatik wollen einen digitalen Zwilling implementieren, der Materialkombinationen besser charakterisiert und Hochdurchsatzexperimente schneller zum Erfolg führt. Weiterlesen

Mit der Natur gegen Materialermüdung

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Korallen sind den Gezeiten und anderen Meeresströmungen ausgesetzt. Die Evolution hat dafür gesorgt, dass sie trotzdem stabil bleiben.

© Hiroko Yoshii
Korallen sind den Gezeiten und anderen Meeresströmungen ausgesetzt. Die Evolution hat dafür gesorgt, dass sie trotzdem stabil bleiben.

Wissenschaftler*innen der Universitäten Erlangen-Nürnberg, Bayreuth und Haifa in Israel, des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, der Charité – Universitätsmedizin Berlin sowie der TU Berlin als Konsortialführerin haben eine neue DFG-Forschungsgruppe gegründet. Ziel ist die Entwicklung neuer Materialien durch Bioinspiration. Sie sollen widerstandsfähiger sein gegen das gefährliche Phänomen der Materialermüdung, die ohne Vorwarnung zum Materialversagen und damit zu schweren Unfällen führen kann. Weiterlesen

Künstliche Intelligenz optimiert Materialgestaltung

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Konzeptualisierung eines Laufschuhs aus einem Metamaterial. KI-​generiert mit DALL-​E (Visualisierung: ETH Zürich)

Konzeptualisierung eines Laufschuhs aus einem Metamaterial. KI-​generiert mit DALL-​E (Visualisierung: ETH Zürich)

Forschende haben eine künstliche Intelligenz so trainiert, dass sie die Struktur sogenannter Metamaterialien mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften für verschiedene Anwendungsfälle entwerfen kann.

Helme, die die Energie eines Aufpralls absorbieren, Laufschuhe, die jedem Schritt einen zusätzlichen Schub geben, oder Implantate, die die Eigenschaften von Knochen imitieren. Metamaterialien machen solche Anwendungen möglich. Ihre innere Struktur ist das Ergebnis eines sorgfältigen Designprozesses, wonach 3D-​Drucker die generierten Strukturen mit optimierten Eigenschaften herstellen können. Forschende unter der Leitung von Dennis Kochmann, Professor für Mechanik und Materialforschung am Departement für Maschinenbau und Verfahrungstechnik der ETH Zürich, haben neuartige KI-​Tools entwickelt. Diese umgehen den zeitaufwändigen und auf Intuition basierenden Designprozess von Metamaterialien und sagen stattdessen Strukturen mit außergewöhnlichen Eigenschaften schnell und automatisiert vorher. Ein Novum ist, dass diese Tools auch für große (sogenannte nichtlineare) Belastungen anwendbar sind, zum Beispiel wenn ein Helm bei einem Aufprall große Kräfte absorbiert. Weiterlesen