Elektrochemische Katalyse

• Synthese und Charakterisierung von Nichtedelmetall-Elektrokatalysatoren für Energiewandlung und die Synthese von Plattformchemikalien
• Elektrochemische Untersuchung von hybriden Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffevolution, die Sauerstoffreduktion, die Wasserstoffevolution und die Alkoholoxidation
• Synthese von stabilen und selektiven Elektrokatalysatoren für CO2 Reduktion für eine geschlossene Kohlenstoffkreislaufwirtschaft

Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

• CVD verschiedener Materialien (Al₂O₃, SiC, FeO, etc.)
• Verfahrensoptimierung
• Verfahrensdiagnostik: Massenspektrometrie, Laserdiagnostik
• Stabilität und Thermodynamik der Precursor
• Verbrennungsmechnismen

Weitere Schwerpunkte

• Sol-Gel-Verfahren
• Schichten zur Temperatursensorik und zur thermischen Isolation
• Chemical Vapor Infiltration (von Aktivkohlen und Zeolithen)

Nanomaterialien und Nanobauelemente

• Funktionalität nanoskaliger Materialien und Bauelemente für die Mikro-/Optoelektronik
• Hybridmaterialien für die Spintronik – Nanofabrikation und Analytik
• Quantenpunkt-basierte Optoelektronik und Quanteninformationstechnologie

Lasergenerierte funktionale Nanopartikel und -materialien

• Bioaktive Nanokomposite und Biokonjugation von Goldpartikeln
• Nanopartikel-Polymerkomposite
• Dispersion und Fragmentierung von Aggregaten
• Synthese heterogener Katalysatoren – geträgerte Partikel

Nanoporöse Materialien und deren industrielle Anwendung

• Adsorption in Gas- & Flüssigphase
• Umwelttechnik
• Energieverfahrenstechnik

Nanostrukturierte Katalysatoren

• Nanopartikel auf porösen Trägermaterialien
• Katalytische CO2-Umsetzung
• Materialien für die Wasseroxidation

Ultraschnelle Dynamik von Festkörpern und deren Grenzflächen

• Ungleichgewichtszustände korrellierter Materialien
• Elektronrelaxation in niedrigdimensionalen Strukturen
• Magnetismus auf ultraschnellen Zeitskalen

Funktionale Beschichtungen

• Tribologische Beschichtungen
• Biokompatible Beschichtungen
• Barriereschichten

Toxizität von Nanopartikeln und Nanomaterialien

• Zellulare Toxizität
• Gentoxizität in Stammzellen
• Extra- & intrazellulare Formation von Radikalen

Laserbasierte Gasphasen- und Aerosoldiagnostik

• Laser-induzierte Fluoreszenz (LIF) von Tracerspezies
• Laserdiagnostik in Pilotanlagen zur Nanopartikelsynthese
• Laser-induzierte Inkandeszenz (LII) an metallischen und oxidischen Nanopartikeln
• Chemilumineszenz in Flammen und Plasmen

Vielteilchen-Physik und Grundprinzipien-Methode

• Großskalige Moleküldynamik und Ab-Initio-Simulationen
• Korrellierte Elektronensysteme
• Elektrischer Transport in Heterostrukturen

Nanobiomedizin

• Nanopartikel für medizinische Anwendungen
• Nanokomposite für heterogene Katalyse
• Nanokristalline Keramiken für die Biomedizin

Computergestützte Nanophotonik und Nanoelektromagnetismus

• Elektromagnetische und optische Metamaterialien
• Plasmonik und optische Antennen
• Nanophotonik und optische Verbindungstechnik
• Bioelektromagnetismus
• Vollwellenmodellierung und numerische Strukturoptimierung

Nanomagnetismus

• Magnetische, elektronische und kristalline Struktur von Nanokristallen und ultradünnen Schichten
• Grundlegende Interaktionen, Spindynamik und Spintransport
• Funktionalisierung und Hybridnanomagnete

Synthese, Charakterisierung sowie Anwendung von künstlichen Sauerstoffträgern (artificial oxygen carriers, AOCs) auf Perfluorcarbonbasis

• Perfluorcabon-basierte AOCs als Blutersatz
• Perfluorcabon-basierte AOCs zur Verbessrung der Organqualität vor Transplantation
• Behandlung der Taucherkrankheit mit Hilfe von AOCs auf Perfluorcarbonbasis

Hochtemperatur-Kinetik in Stoßwellen- und Strömungsreaktoren

• Untersuchungen von elementaren Reaktionen
• Verbrennungs- und Zündungsvorgänge
• Massenspektrometrische und laser-basierte Diagnostik in pyrolytsichen und oxidativen Systemen

Reibung, Verschleiß und Ermüdung metallischer Werkstoffe

• Reibungs- und Verschleißmechanismen
• Wenigkristalline Strukturen
• Mikro- und Nanotopographie und -strukturierung
• Mikro- und Nanostrukturanalysen

Nachhaltige Nanotechnologie - Nanopartikelexposition

• Entwicklung von Messinstrumenten und Strategien für Freisetzungs- und Expositionsmessungen
• Verhalten von Nanopartikeln nach ihrer Freisetzung
• Dosisbestimmungen für Mensch und Umwelt

Optische Eigenschaften und Transporteigenschaften von Nanostrukturen

• Transportmessungen an niedrig-dimensionalen Quantensystemen (Quantenpunkte,  zwei-dimensionale Elektronengase)
• Wechselwirkungen zwischen Nanoobjekten
• Hochauflösende optische Spektroskopie an Nanopartikeln/Quantenpunkten (µ-Photolumineszenz, Differentielle Transmission, Resonante Fluoreszenz)
• Techniken des Nanostrukturierung (fokussierte Ionenstrahltechnik (FIB), Elektronenstrahl-Lithographie)

Supramolekulare Materialien

• Supramolekulare Flüssigkristalle
• Photoschaltbare Materialien
• Herstellung photonischer Nanostrukturen
• Photonische Sensoren

Laserbasierte Nanomaterialien

• Synthese von magnetischen, optisch aktiven und Legierungs-Nanopartikeln
• Anwendungen von Nanomaterialien in der Optik, Elektronik, Photokatalyse und Tribologie
• Physikalische Grundlagen und Hochskalierung der laserbasierten Nanopartikelsynthese

Kolloid- und Polymerchemie

• Polymersynthese und komplexe Polymerarchitekturen
• Selbstassemblierung von Block-Copolymeren und Nanopartikeln
• Hierarchische Mesostrukturen
• Organische Trägermaterialien und Nanokomposite
• Polymerverarbeitung

Ab-initio-Simulationen magnetischer Funktionsmaterialien

• Materialien zur Energiekonversion: Formgedächtnislegierungen und magnetokalorischer Effekt
• Konkurrenz magnetischer und elastischer Wechselwirkungen: Gitterdynamik und martensitische Mikrostruktur auf der Nanometerskala
• Metallische Nanopartikel: Strukturelle Stabilität, Spin- und Bahnmagnetismus

Ferroische Multifunktionsmaterialien

• Ab initio und ab initio-basierte Materialmodellierung
• Ferroelektrische, ferromagnetische und multiferroische Materialien
• Ferroisches Kühlen

Nanostrukturierte Dünnschichten

• Synthese funktionaler Polymerbeschichtungen
• Mikrocantileversensoren
• Streutechniken bei streifendem Einfallswinkel

Metallurgische Mechanismen zyklischer und monotoner Deformation

• Dynamische Rekristallisation und Kornfeinung
• Zusammenhänge von Mikro-/Nanostruktur und Schädigungsmechanismen durch Gleitverschleiß, Kavitation und Ermüdung metallischer Werkstoffe
• Dynamische Rekristallisation und Werkstoffverhalten beim Reibauftragschweißen und Rührreibschweißen

Laserbearbeitung von Nanomaterialien

• Nichtlineare Lasermusterung von organischen Monoschichten
• Dynamische Lasermanipulation von schaltbaren Polymerfilmen
• Photothermische Laserbearbeitung von Nanopartikelschichten

Oberflächendynamik

• Nanostrukturierung von Oberflächen zur Funktionalisierung mit organischen Monoschichten
• Gasoberflächendynamik und Oberflächenphotochemie
• Zeitaufgelöste Dynamik von Schwingungen an Oberflächen

Brennstoffzellentechnik

• Membranbrennstoffzellen, Mikrobrennstoffzellen
• Wasserstofferzeugung und -lagerung
• Elektrochemie und Oberflächen

Morphologie und Dynamik an Oberflächen

• Manipulation der Morphologie von von Halbleiteroberflächen
• Epitaktisches Wachstum, Surfactant-modifizierte Epitaxie
• Selbstorganisation von Nanostrukturen
• Ultraschnelle Elektronen- und Gitterdynamik an Oberflächen und in Nanostrukturen

Fluktuationsinduzierte Wechselwirkungen im und fern vom Gleichgewicht

• Kritisches Verhalten
• Universelle Skalenfunktionen
• Kolloide in binären Flüssigkeiten
• Cluster-Monte-Carlo-Verfahren

(Nano-)Photonische Komponenten und Systeme

• Photovoltaik und Solarzellen
• Netzwerke in Gebäuden
• Sensoren und Sicherheit
• LEDs in der Beleuchtung
• LEDs in der Algen- und Pflanzenzucht

Massenspektrometrie in reaktiven Strömungsprozessen

• massenspektrometrische Diagnostik in Energieumwandlungsprozessen
• Verbrennungschemie prototypischer Biobrennstoffe
• Massenspektrometersystem für Diagnostik in Flammen

Simulation reaktiver Strömungen

• Nanopartikelsynthese
• Mehrskalenmodellierung
• Chemische Mechanismen
• Turbulente Verbrennung
• Grobstruktursimulation

Dünnschicht-Photovoltaik

• Organische und Hybrid-Photovoltaik
• Elektrische Charakterisierung und Simulation von Solarzellen
• Elektrolumineszenz als Charakterisierungsmethode für Solarzellen

Molekularbiologie / Onkologie

• Nanobiomedizin
• Therapeutische Anwendung von Nanopartikeln
• Intrazellulärer Transport von Nanopartikeln
• Nanopartikel-Proteincorona

Theorie kondensierter Materie

• Quantentransport in Nanostrukturen
• Spinelektronik
• Diagrammatische Transporttheorie

Ab-Initio- und statistische Methoden in der Materialphysik

• Ab-Initio-Theorie elementarer Anregungen an Oberflächen
• Atom- und Elektronenstruktur dünner magnetischer Filme
• Wachstumssimulation von Halbleiter-Quantenpunkten und Quantendrähten
• Thermoelektrische Eigenschaften von selbstorganisierten Nanokristalliten in Halbleiter-Matrix
• Spinkaloritronik in Legierungsschichtstrukturen

Nanopartikel, Nanoaerosole und Nanopartikelschichten

• Synthese von Nanopartikeln aus der Gasphase, vor allem mittels elektrischen Entladungen
• Technologien zur Größenselektion und Abscheidung
• Modellierung des dynamischen Verhaltens und des Transports von Nanoaerosolen, hauptsächlich mittels Monte Carlo-Simulationen
• Funktionale Dünnschichten, z.B. Gassensoren oder Nanopartikel-verstärkte Coatings
• Entwicklung neuer Messtechniken für Nanoaerosole

Nanopartikel – Mobilität, Exposition und Effekte

• Nachhaltige Nanotechnologie
• Entwicklung von Messtechniken und –instrumenten
• Modellierung und Messungen für Expositionsbewertungen
• Mobilitätsstudien von Nanoobjekten für Lebenszyklen- und Risikobewertungen

Optoelektronische Bauelemente basierend auf Nanostrukturen

• Nanopartikel-, Nanodraht- und Quantenpunkt-Lichtemitter
• Kontrolle einzelner Spins und Ladungen in Quantenstrukturen
• Top-Down-Nanofabrication unter Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographie

Halbleiter und Nanostrukturen

• Quantenpunkte, ballistischer und Quanten-Transport
• Selbstorganisierte Nanostrukturen
• Optische Spektroskopie
• Nanopartikel

Ferroelektrika

• Ferroelektrika, Piezoelektrika, Magnetoelektrika und Relaxoren für Aktor- und Sensoranwendungen (nano bis makro)
• Raster-Kraft-Methoden: Piezoforce-Mikroskopie, Magnetic Force Microscopy, Scanning conductive microscopy, Kelvin-Mikroskopie
• Werkstoffmechanik von Funktionswerkstoffen (nano bis makro)

Organische Solarzellen

• Organische Hybrid-Photovoltaik: Kohlenstoff-Nanoröhren, Nasschemische Synthese von High-K Nanoteilchen
• Photokatalyse

Baustoffe

• Nanothermoisolation, Frost in Beton

Nanostrukturen und optische Materialien

• Photonische Kristalle
• Künstliche und inverse Opale
• Photochemie
• Selbstorganisation
• Farbstoff-sensibilisierte Solarzellen

Lasergenerierte Nanopartikel für die Katalyse

• Laserbasierte Synthese von katalytisch aktiven Nanomaterialien in Lösung
• Nanopartikelprozessierung (Größen- und Oberflächenmodifikation, Partikelabscheidung)
• Hochskalierung und Anwendung in der heterogenen Katalyse

Nanopartikel und Nanokapseln basierend auf organischen Matrizen

• Synthese und Analyse von Polymer-Nanokapseln und -bläschen
• Kernmagnetische Resonanz (NMR), besonders Festkörper-NMR und pulsgesteuerte Gleichstromfeldgradienten-NMR

Elektrische Nanoanalyse

• Nanocharakterisierung von mikro-/optoelektronischen Materialien und Bauelementen
• Rastersonden-Kelvin-Mikroskopie

In-Situ-Oberflächenmikroskopie

• Niedrigenergie-Elektronenmikroskopie und zeitaufgelöste Photoemissionen-Elektronenmikroskopie
• Selbstorganisation von Nanostrukturen
• Plasmonendynamik
• Organische Dünnschichten und Bauelemente

Grenzflächen auf atomarer Ebene

• Analyse von organischen Monoschichten auf metallischen, halbleitenden und isolierenden Oberflächen
• Grundlagen der Reibung und Energiedissipation
• Elektronentransport

Funktionale supramolekulare Systeme

• Synthese verzahnter Moleküle (Catenane, Rotaxane)
• Herstellung von molekularen Kapseln und helicalen Strukturen durch Selbstaggregation
• Wirt/Gast-Chemie und Katalyse

Reaktionen an Oberflächen und Nanostrukturen

• Chemisch induzierte elektronische Anregungen
• Chemolumineszenz
• Vibronische, elektronische und chemische Eigenschaften von Oberflächen, Grenzflächen und Nanopartikeln
• Chemische Sensorik mit elektronischen Bauelementen
• Elektronenemission aus niederdimensionalen Strukturen

Computergestützte Materialphysik mittels ab initio-Simulationen

• nanoskalige Oxide für Elektronik, Spintronik und Energiekonversion (Theromoelektrika, Wasserspaltung)
• Grenzflächeninduzierte elektronische und magnetische Phänomene
• topologisch nichttriviale Phasen

III/V Halbleiter-Heterostrukturen

• Nanodrahtphotonik
• Nanoelektrische Schaltungen
• Tunneldioden

Bionanotechnologie

• Design und Assemblierung von DNA-Nanostrukturen via struktureller DNA-Nanotechnologie (durch Anwendung der multi-stranded- bzw. DNA-Origami-Methode)
• Entwicklung DNA-basierender Nanoreaktoren zur Durchführung chemischer Reaktionen
• Entwicklung von schaltbaren DNA-Nanomaschinen zur spatiotemporalen Regulation biochemischer Prozesse

Modifikation von Oberflächen und Nanostrukturen

• Nanoskalierte Modifikationen durch hochenergetische Ionen
• Elektrische Leitfähigkeit von metallischen Nanostrukturen
• Dynamische Kraft-Mikroskopie
• Graphen und 2D-Materialien

Nano-Biophotonik

• Nanopartikel-Markierungsreagenzien: Design, Synthese und physikalische Eigenschaften von SERS-Nanopartikeln mit definierten Geometrien
• Nano-Biophotonik: Gewebe-basierte Tumordiagnostik mittels Immun-SERS-Mikroskopie
• Nano-Bioanalytik: Entwicklung von Nanopartikel-basierten Assays für den hochsensitiven Nachweis biologischer Zielmoleküle

Nano-Katalyse

• Rationales Design und Synthese katalytisch und plasmonisch aktiver Superstrukturen
• Quantitative Raman-spektroskopische Verfolgung katalysierter Reaktionen

Funktionale nanopartikulare Schichten und organisch/anorganische Nanokomposite für elektronische Anwendungen

• Druckbare Elektronik
• Photovoltaik
• Thermoelektrik

Multi-optische Konzepte für die Solarenergie

• Chalkopyrit-basierte Photovoltaik
• Nano- und Mikrostrukturen zur Lichtführung
• Multi-physikalische Simulationen

Aerosoltechnologie und –filtration

• Partikel- und Gasphasenfiltration
• Funktionalisierung von Filtermedien und nanoporösen Materialien
• Transport und Ablagerung von (Nano)Partikeln

Supramolekulare Selbstaggregation

• Synthese und Charakterisierung von selbstaggregierenden Zwitterionen
• Bildung von Nanopartikeln, etwa Bläschen oder Monoschichten, in polaren Lösemitteln und auf Oberflächen
• Supramolekulare Polymere basierend auf Ionenpaar-Wechselwirkungen und Metall-Liganden-Bindungen

Elektrische Struktur und Eigenschaft von Festkörpern

• Magnetismus in reduzierten Dimensionen
• Spintronik und spinabhängige Transportphänomene
• Magnetisierung und Spindynamik
• Analysen anhand von Synchrotronstrahlung

Reaktive Strömungen

• Synthese von Nanopartikeln aus der Gasphase
• Laserbasierte Gasphasen- und Aerosoldiagnostik
• Verbrennungs- und Zündungsvorgänge
• Chemische Hochtemperatur-Kinetik
• Verbrennungsmotoren

Dünnschichten und Nanopartikel

• Synthese von metallorganischen Prekursoren für Metalle, Halbleiter, Thermoelektrika
• Dünnschichtabscheidung mittels MOCVD-Prozess und ALD-Prozess
• Größen- und formselektive Synthese von Nanopartikeln in Lösung

Heterogene Katalyse

• Synthese und Eigenschaften von poröse nanostrukturierte Katalysatoren
• Speicherung von Wasserstoff und Wärme
• Biomasse-Konversion

Partikeltechnik

• Charakterisierung kolloidaler Grenzflächen
• Formulierung funktionaler Nanomaterialien
• Skalierbare, Rolle-zu-Rolle Beschichtungsverfahren

Ultraschnelle Dynamik in laser-getriebenen Materialien

• Strukturdynamik in laserangeregten Festkörpern und Nanostrukturen
• Ultraschnelle Phasenübergänge und Laserablation
• Ultrakurzzeit-Röntgenphysik

Quantentransport von Ladung und Wärme

• Thermoelektrik in mesoskopischen Systemen
• Phasen-kohärenter Wärmetransport
• Unkonventionelle Supraleitung

Materialien und Bauelemente für Nanoelektronik und –photonik

• Nanoskalige Halbleitermaterialien – Wachstum und Eigenschaften
• Design, Herstellung, Charakterisierung und Modellierung von elektronischen/optoelektronischen Bauelementen
• Technologien der Nanointegration für Elektronik und Photonik

Funktionale Polymermaterialien

• Membranen und membranbasierte Technologien
• Molekular geprägte Polymere (MIP), stimulusempfindliche Polymere
• Nanokomposite
• Oberflächenfunktionalisierung von Materialien

Biosupramolekulare Chemie

• Materialien zur biologischen und medizinischen Bildgebung
• Selbstassemblierung von Amphiphilen
• Neuartige Photosensibilisatoren
• Transfektionsreagenzien

Elementspezifische, magnetische Eigenschaften von Nanostrukturen

• Magnetische Biomoleküle an Oberflächen
• Ultradünne Schichten und ihre Schnittstellen zu Spintronik-Bauelementen
• Magnetische Anisotropie, Bahn- und Spinmomente von magnetischen Nanopartikeln
• Magnetische Kopplungsphänomene in Nanostrukturen

Nanopartikel und Nanomaterialien

• Synthese von Nanopartikeln aus der Gasphase
• Impedanzspektroskopie von Nanomaterialien/Festkörper-Sensormaterialien
• Elektrische Eigenschaften von mesoskopischen Systemen

Elektrochemische Energiespeicherung und Energieumwandlung

• Entwicklung neuer Materialien, Komponenten und Zelldesigns
• Lithium-Ionen-Batterien
• Lithium-Metall-Systeme (Feststoff, Schwefel, Luft etc.)
• Dual-Ionen-Batterien
• Superkondensatoren (inkl. Lithium-Ionen-Kondensatoren)
• Alternative, lithium-freie Systeme

Nanopartikelprozesstechnologie

• Funktionale Nanomaterialien
• Nanopartikelsynthese und -verarbeitung
• In-situ-Prozessanalyse
• Strukturanalyse

Systeme fernab vom Gleichgewicht

• Granulare Materie
• Reibung
• Ballistischer und diffusiver Transport
• Elektromigration

Nanopulver

• Rheologie
• Verdichtung
• Sinterprozesse
• Thermoelektrik

Simulationsmethoden

• Diskrete-Elemente-Methoden (Molekulardynamik, Kontaktdynamik, Langevindynamik)
• Kinetische Monte-Carlo-Methoden
• Onsager-Netzwerk
• Zellularautomaten

Nanopartikel und Phasengrenzen

• Interaktionen von Nanopartikeln mit Biomolekülen
• Aufnahme von Nanopartikeln auf flüssigen Oberflächen
• Optisches Tweezing
• SERS-Spektroskopie

Integrierte Mikro- und Nanosysteme

• Mikrosystemtechnik für Nanotechnologie
• Atom und Ionen-Chips
• Manipulation von Atomen und Ionen
• MEMS für nachhaltige Energien
• Biohybride Systeme und Sensoren
• Physikalische MEMS Sensor/Aktorsysteme

Nanophotonik und Nanomaterialien

• Spektroskopie von nanostrukturierten Materialien
• Fortgeschrittene Techniken der Halbleiterstrukturierung
• Nanophotonische Bauelemente für Anwendungen im sichtbaren Spektrum

Oxid-Spinelektronik

• Nanoskalige Oxidmaterialien
• Magnetische und elektronische Grenzflächenphänomene
• Spektroskopie mit Synchrotronstrahlung

Magnetische Halbleiter

• Verdünnte magnetische Halbleiter
• Heterostrukturen für magnetischen Transport und Logik
• Nanocluster und ihre Interaktionen in halbleitenden Ausgangsmaterialien

Nanomaterialien für elektronische Bauelemente

• Thermoelektrik
• Sintern von Nanopartikeln

Nanobasierte heterogene Katalyse

•  Nanobasierte Photokatalyse für Energiespeicherung (CO₂-Reduktion, Wasserspaltung)
• Struktur-Funktionsbeziehungen heterogener Photokatalysatoren
• Oberflächendotierung von Katalysatoren
• Infrarotspektroskopie und Adsorption von Sondenmolekülen

Funktionalisierung von Polymeroberflächen

• Sol-Gel-basierte Beschichtungen; Nanosole
• Anorganisch-organische Hybridpolymere
• Oberflächenfunktionalisierung