Materialgestaltung
Strukturierung, Beschichtung und hybride Materialien für funktionale Nanoarchitekturen
Strukturierung, Beschichtung und hybride Materialien für funktionale Nanoarchitekturen
Strukturierung, Beschichtung und hybride Materialien für funktionale Nanoarchitekturen
Strukturierung, Beschichtung und hybride Materialien für funktionale Nanoarchitekturen
GEGENSTAND DER FORSCHUNG
Gestaltung von Strukturen, Grenzflächen und Hybridmaterialien für multifunktionale Systeme.
ZIEL
Wir entwickeln Materialarchitekturen, die mehrere Funktionen vereinen – etwa Leitfähigkeit, Stabilität, katalytische Aktivität oder Lichtemission – und sich zuverlässig in reale Komponenten und Demonstratoren überführen lassen.
HIGHLIGHTS
- Strukturierung von Materialien auf mehreren Längenskalen – von der Nanostruktur bis zum makroskopischen Bauteil.
- Dünnschicht-, Beschichtungs- und Strukturierungsverfahren für funktionale Schichten, Elektroden und Membranen.
- Entwicklung hybrider Materialien mit kombinierter elektronischer, optischer, thermischer oder katalytischer Funktion.
- Kopplung von Prozessparametern und Materialarchitektur durch Modellierung und gezielte Charakterisierung.
STRUKTUR AUF MEHREREN LÄNGENSKALEN
Die Materialeigenschaften werden nicht nur durch die chemische Zusammensetzung bestimmt, sondern vor allem durch die Struktur auf Nano-, Meso- und Mikroskala. Wir entwickeln Verfahren, mit denen sich Porosität, Korngrößen, Phasenanordnung und Leitpfade gezielt einstellen lassen – etwa durch kontrollierte Sinterprozesse, Selbstorganisation oder strukturierende Beschichtungstechniken. So entstehen Materialien, in denen Transportwege für Ladung, Wärme oder Moleküle optimal geführt werden.
BESCHICHTUNG UND OBERFLÄCHENMODIFIKATION
Beschichtungen spielen eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, empfindliche Materialien zu schützen oder zusätzliche Funktionen an Grenzflächen zu verankern. Im NETZ werden dazu verschiedene Beschichtungsverfahren eingesetzt – von Lösungsspincoating und Druckprozessen über plasma- und laserbasierte Abscheidung bis hin zu chemischen Beschichtungen. Durch Kombination mit maßgeschneiderten Vor- und Nachbehandlungen können wir Haftung, Leitfähigkeit, Rauigkeit und Benetzbarkeit gezielt anpassen.
HYBRIDE MATERIALSYSTEME
Hybride Materialien verbinden die Vorteile unterschiedlicher Klassen – etwa Metalloxide mit Polymeren, Nanopartikel mit Kohlenstoffstrukturen oder anorganische Phasen mit organischen Emittern. Im Fokus steht die kontrollierte Einbettung der einzelnen Komponenten, um synergistische Effekte zu nutzen und gleichzeitig unerwünschte Wechselwirkungen (z. B. Degradation) zu minimieren. So entstehen Materialien für Elektroden, Membranen, thermoelektrische Elemente oder optoelektronische Bauteile.
MATERIALGESTALTUNG IN LINKED FACILITIES
Die Materialgestaltung ist eng mit Synthese und Materialverarbeitung verzahnt: In Linked Facilities werden Partikel aus der Gasphasensynthese oder lasersynthetisierte Nanopartikel direkt weiterverarbeitet, funktionalisiert und in Beschichtungsprozesse überführt. Dadurch können wir Struktur, Zusammensetzung und Prozessführung gemeinsam optimieren und die resultierenden Materialarchitekturen schnell in Demonstratoren testen.
Beteiligte Arbeitsgruppen
apl. Prof. Hartmut Wiggers
Arbeitsgruppe Reaktive Fluide / Nanoparticles: Gasphasensynthese von Nanopartikeln und deren Weiterverarbeitung zu Pulvern, Pasten und Schichten; Kopplung von Spray-Flame-Synthesis mit nachgelagerten Prozessschritten wie Dispergierung, Slurry-Herstellung und Elektrodenbeschichtung für Batterien und andere Energiespeicher.
Prof. Stephan Barcikowski
Technische Chemie I – Laserbasierte Nanopartikel und Hybridmaterialien: Laserbasierte Herstellung von Nanopartikeln in Flüssigkeiten und deren Integration in Tinten, Pasten und Beschichtungen; Entwicklung von Prozessketten zur Einbettung dieser Partikel in Polymere, Metalle und Keramiken für energiebezogene Anwendungen.
Prof. Roland Schmechel
Nanostrukturtechnik – Druckbare Funktionsmaterialien: Verarbeitung nanostrukturierter Materialien zu dünnen Schichten und Bauteilen mittels druckbarer Verfahren (z.B. Lösungsspincoating, Drucktechniken); Erarbeitung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für organische, anorganische und hybride Funktionsmaterialien.
Prof. Axel Lorke
Quantennanostrukturen und 2D-Materialien: Design und Untersuchung niedrigdimensionaler Strukturen (Quantenpunkte, 2D-Materialien) für optoelektronische Anwendungen und Sensorik.
Prof. Gabi Schierning
Applied Quantum Materials / Thermoelektrische Dünnschichten (Prof. Gabi Schierning): Abscheidung, Strukturierung und Nachbehandlung thermoelektrischer und anderer funktionaler Dünnschichten; Untersuchung, wie Prozessparameter die Mikrostruktur und damit Transport- und Energieumwandlungseigenschaften bestimmen.
Prof. Matthias Epple
Anorganische Nanopartikel und Komposite: Synthese und Funktionalisierung anorganischer Nanopartikel sowie ihre Integration in Polymer-, Keramik- und Metallmatrizen zu hybriden Materialien mit definierten Struktur-Eigenschafts-Beziehungen.
Dr. Nicolas Wöhrl
Laser- und Plasmabeschichtungen: Entwicklung plasma- und laserbasierter Beschichtungsprozesse zur gezielten Einstellung von Schichtmorphologie, Defektstruktur und Grenzflächeneigenschaften.