Das UDEMat-Team ist Mitglied des Konsortiums für das Projekt „Piezo2D“ (Piezoelektrizität in 2D-Materialien: Materialien, Modellierung und Anwendungen) im Rahmen von HORIZON-MSCA-2022-SE-01 (Projektnummer 101131229). Piezoelektrizität in zweidimensionalen (2D-)Materialien gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie das Potenzial bietet, dünne, aber dennoch effiziente und flexible piezoelektrische Bauelemente zu realisieren. Im Rahmen von Piezo2D wird eine Technologie entwickelt, um piezoelektrische Energiemikrogeneratoren – von der Nanometer- bis zur Mikroskala – bereitzustellen, die zur Energieversorgung von Nano- und Mikrobauteilen dienen. Dies erreicht Piezo2D durch die Bündelung und Anwendung von Erkenntnissen aus der Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsthermodynamik sowie aus atomistischen Modellen, verknüpft mit Bauelementphysik und Ingenieurwissenschaften. Zudem entwickeln wir neue Charakterisierungsmethoden und messtechnisch fundierte Protokolle, die auf zukünftige Standards und deren industrielle Nutzung abzielen. Der multidisziplinäre Ansatz von Piezo2D führt führende Forschungsteams aus den Bereichen Theoretische Physik, Materialwissenschaften, Chemie und Instrumentierung zusammen, die synergetisch zusammenarbeiten.

Unsere Forschungskapazitäten im Bereich luftempfindlicher Materialien haben sich durch das neu installierte Glovebox-System (Hersteller: MBRAUN) erheblich erweitert. Halid-Perowskit-Solarabsorber und molekulare ferroelektrische Systeme können nun in einer dafür geeigneten Umgebung untersucht werden, die mit einer thermischen Verdampfereinheit, einem Spin-Coater sowie ausreichend Platz für Charakterisierungsmethoden ausgestattet ist.

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​Am 29. Juni 2026 besuchten Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums Maria-Wächtler und des Helmoltz Gymnasiums unsere Labore, um einen Einblick in die praktische Forschungsarbeit zu erhalten. Der Tag war als eine Art Schülerpraktikum gestaltet und bot den Teilnehmenden die Möglichkeit, wissenschaftliche Arbeitsweisen hautnah kennenzulernen.

Im Rahmen des Programms konnten die Schülerinnen und Schüler verschiedene Experimente und Forschungsarbeiten live erleben. Dazu gehörten die Herstellung von Keramiken, Demonstrationen zum Flash Sintering sowie Versuche aus den Bereichen Photokatalyse und Photovoltaik. Die Forschenden erläuterten die zugrunde liegenden Verfahren, beantworteten Fragen und gaben Einblicke in aktuelle Anwendungsfelder der Materialwissenschaften.

Der Besuch bot den Schülerinnen und Schülern eine wertvolle Gelegenheit, theoretisches Wissen mit praktischen Erfahrungen zu verbinden und einen Eindruck vom Forschungsalltag in einem modernen Labor zu gewinnen.

Die Photovoltaik ist ein zentraler Baustein der Energiewende, wird aber brandschutztechnisch bisher nicht als Teil der Konstruktion des Flachdaches betrachtet.

In unserem Projekt zur sicheren Gestaltung dieses Ensembles von Gebäudeelementen wird die Wechselwirkung von PV-Anlage und Flachdach als Gesamtsystem erfasst. Die Branddynamik verändert sich durch das Zusammenspiel von Photovoltaikmodul, Unterkonstruktion und Dachaufbau deutlich.

Herr Kicmari entwickelt auf Basis großmaßstäblicher Brandversuche und Messdaten systemorientierte Kriterien für die Prüfung und Risikobewertung dieser Konstruktionen. Im Bild sind Brandszenarien dieser Konstruktion zu sehen.

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Unsere 4. Winter School fand dieses Jahr im Februar statt. 

Die Schule ensteht aus einer Kooperation mit der Ecole CentraleSupélec aus der Universität Paris-Saclay und richtet sich an Doktoranden und Postdoktoranden in der Materialwissenchaft. Eine Woche voll Vorträge, wissenschaftlicher Impulse und ergiebige Diskussionen in einer friedlichen und häuslichen Atmosphäre in den Bergen Südfrankreichs.

Am Ende der Winterschule haben wir uns einen Besuch bei unseren Kollegen am CERN (Genf, CH) nicht entgehen lassen!

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Am 18. November 2025 besuchte der Kurs der „Junior-Ingenieur-Akademie“ des Maria-Wächtler-Gymnasiums, Essen, das Baustofflabor am Institut für Materialwissenschaft gemeinsam mit dem Institut für Massivbau. Im Mittelpunkt stand das Thema Viskosität und Fließverhalten von Zement, das für den im Unterricht behandelten 3D-Betondruck eine entscheidende Rolle spielt.

Der Tag begann mit einer kurzen Einführung von Professor Lupascu, der den Schüler*innen zunächst grundlegende Aspekte des Werkstoffs Beton vermittelte. Anhand von Zahncreme wurde das Konzept der Viskosität greifbar gemacht und ein erster Bezug zu den späteren Laborversuchen hergestellt.

Anschließend besuchte die Gruppe das Institut für Massivbau, wo sie einen Blick auf den neuen 3D-Betondrucker bekamen. Obwohl das Gerät noch nicht vollständig im Einsatz ist, konnte bereits ein erster erfolgreicher 3D-Druck aus einer Mischung aus Ultraschallgel und Sand gezeigt werden.

Im weiteren Verlauf konnten die Schüler*innen selbst das Fließerhalten von Beton studieren. Hierzu wurden drei unterschiedliche Versuche jeweils mit unterschiedlichen Mischungen (Wasser-Zement-Wert) von den Schülern verglichen:

1. Ausbreitmaß und Fließgrenze
2. Viskositätsmessung am Viskomat
3. Herstellung von Mörtelsträngen mit einer Spritzpistole

Durch den direkten Vergleich der Proben konnten die Schüler*innen erkennen, welchen Einfluss der Wasserzementwert auf die Viskosität des Mörtels hat und warum ein bestimmtes Mischungsverhältnis für einen erfolgreichen 3D-Betondruck notwendig ist.

Unser neues, von der DFG gefördertes Projekt „Hochentropische Relaxor-Oxidkeramiken für die elektrische Energiespeicherung“ (HEROES) hat zum Ziel, neuartige Materialien mit hoher Permittivität und hoher Energiespeicherdichte zu entdecken. Wir gehen davon aus, dass dies in Materialien mit erhöhter chemischer Unordnung möglich sein wird, da eine hohe Konfigurationsentropie sowohl die Polarisierbarkeit als auch die dielektrische Festigkeit verbessert. Das Projekt untersucht die Bildung eines Hochentropiezustands in anti- und ferroelektrischen Verbindungen der Niobatfamilie (XNbO₃), identifiziert den Zusammenhang zwischen funktionellen Eigenschaften, struktureller und polarer Unordnung und sucht nach Keramikmaterialien mit exzellenten elektrischen Energiespeichereigenschaften, die potenziell für die Herstellung von Mehrschichtkondensatoren verwendet werden könnten.

Nachdem das Projekt „UpCement - Emissionsminderung durch die Reaktivierung des Zementsteins aus rezykliertem Beton“ nach 39 Monaten Laufzeit am 31.07.2025 erfolgreich abgeschlossen wurde, sind wir am 01.10.2025 mit unserem Nachfolgeprojet „UpCement II: Zwei Abfälle - ein Bindemittel: Emissionsarmes Recycling vom Zement mithilfe von Schlacken (ZABERZEM)“ direkt wieder an den Start gegangen. Unterstützung bekommen wir dabei von unseren Projektpartnern, der Firma Vereinigte Schotterwerke GmbH & Co. KG aus Stolberg und der Firma Hermann Rauen GmbH & Co. Aus Mülheim an der Ruhr.

Ziel dieses Projektes ist es, Abfallprodukte (Altbeton und Schlacke) aus zwei verschiedenen Industriesektoren als Rohstoffe zu nutzen, um ein innovatives Bindemittel mit geringen CO2-Emissionen zu entwickeln. 

Gefördert wir das Projekt durch Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen und der EU im Rahmen des Innovationswettbewerbs „GreenEconomy.IN.NRW“

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Abseits von Laborarbeit, Berichten, Veröffenlichungen und Vorträgen zum Thema Recyclingzement arbeiten wir zusätzlich an der Weiterentwicklung unserer Wortmarke UpCement®. Daher freuen wir uns an dieser Stelle mitteilen zu können, dass ein weiterer Meilenstein genommen wurde und zum 27. März 2025 unsere Wortmarke UpCement® vom Amt der Europäischen Union für geistiges Eigentum (EUIPO) in das Register der Unionsmarken eingetragen wurde.

Die moderne Elektronikindustrie benötigt neue dielektrische Materialien, die in der Lage sind, nicht nur große Energiemengen zu speichern, sondern diese auch innerhalb kürzester Zeit wieder abzugeben. Aufgrund ihrer hohen Polarisierbarkeit und geringen Hystereseverluste gelten Relaxor-Ferroelektrika als die vielversprechendsten Kandidaten für diese Anwendungen. Es wird erwartet, dass neuartige Hochenentropie-Oxide – bei denen der Relaxor-Zustand durch Entropie (hohe Unordnung) stabilisiert wird – verbesserte Energiespeichereigenschaften aufweisen. Im Rahmen einer vom DAAD geförderten Promotion synthetisiert Amirhosein Paryab neuartige Hochenentropie-Titanat-Keramiken mit Perowskit-Struktur mittels Festkörperreaktionen und Sol-Gel-Verfahren. Deren Struktur, Mikrostruktur und dielektrische Eigenschaften werden untersucht, um die Bildungsmechanismen von Hochenentropie-Phasen zu verstehen, den Zusammenhang zwischen dem Hochenentropie-Zustand und dem Relaxor-Verhalten aufzudecken sowie die Energiespeichereigenschaften in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Mikrostruktur der Keramiken zu bewerten. Abschließend werden die am besten geeigneten Hochenentropie-Zusammensetzungen ausgewählt, um nanokristalline Keramiken mit erhöhter dielektrischer Durchschlagsfestigkeit zu entwickeln.

Wismutferrit (BiFeO₃) ist ein multiferroisches Material mit einzigartigen Eigenschaften, die ein vielversprechendes Potenzial für die Entwicklung grundlegend neuer technologischer Bauelemente bieten. Um Fortschritte zu erzielen, die über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen, sind neuartige Ansätze erforderlich, die darauf abzielen, die physikalischen Eigenschaften des Materials zu verbessern und optimale Bedingungen für dessen praktische Anwendung zu identifizieren. Im Rahmen des bilateralen DAAD-CAPES-Projekts „Modulation der physikalischen Eigenschaften multiferroischer BiFeO₃-Dünnschichten mittels einer High-Entropy-Strategie“ wird vorgeschlagen, das Prinzip der hohen Konfigurationsentropie anzuwenden, um neue, auf BiFeO3 basierende Dünnschichten zu synthetisieren, die sich durch einen hohen Grad an kompositorischer Unordnung auszeichnen. Das Projekt entsteht in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Materialwissenschaften sowie dem Fachbereich für Physik und Chemie der Staatlichen Universität São Paulo (Campus Ilha Solteira, Brasilien). Der Arbeitsplan umfasst die Mehrkomponenten-Kationensubstitution an der Wismut- (Bi-) Position durch Seltenerdelemente, die Untersuchung der Bildungsmechanismen von Phasen mit hoher Entropie sowie die Bestimmung der Kristallisationskinetik und der Syntheseprotokolle zur Herstellung einphasiger Schichten. Die Studie untersucht den Einfluss einer solchen Mehrkomponentendotierung auf die strukturellen, dielektrischen, ferroelektrischen, magnetischen, optischen, photoelektrischen und magnetoelektrischen Eigenschaften dieser Dünnschichten mit hoher Entropie.

Molekulare hybride ferroelektrische Materialien, die sich aus organischen und anorganischen Kationen zusammensetzen, haben aufgrund ihrer strukturellen Flexibilität und der Einstellbarkeit ihrer physikalischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Diese Vielseitigkeit beruht auf dem Zusammenspiel zwischen organischen Kationen und anorganischen Gerüststrukturen, was eine präzise Anpassung verschiedener Materialeigenschaften ermöglicht. Im Rahmen des Projekts MOLECTRA untersuchen wir Phasenübergänge und optimieren den elektrokalorischen Effekt in molekularen Ferroelektrika – hybriden organisch-anorganischen Kristallen der Zusammensetzung (Me₃NCH₂XN⁺)-TM-Y₃ (wobei X, Y = Cl, Br, I; und TM = Fe, Mn, Zn). Unser Ziel ist es, ein tiefgreifendes Verständnis für die Rolle des Dipolmoments der organischen Kationen sowie für den Beitrag der großen latenten Wärme, die mit dem Phasenübergang einhergeht, zum elektrokalorischen Effekt zu gewinnen. Das Projekt kombiniert theoretische atomistische Modellierungen mittels ab-initio-Methoden (die Forschungsgruppe von Professorin Anna Grünebohm an der Ruhr-Universität Bochum) mit experimentellen Untersuchungen (durchgeführt vom UDEMat-Team). Die Kristalle werden aus Lösungen gezüchtet. Neben der Analyse ihrer Struktur sowie ihrer dielektrischen und ferroelektrischen Eigenschaften führen wir direkte Messungen des elektrokalorischen Effekts durch, wobei wir die quasi-adiabate Kalorimetrie und die Infrarot-Thermometrie einsetzen.