Werkstoffe der Elektrotechnik

Lehre an der WET in Zeiten von Corona

 

Bedingt durch die COVID-Pandemie und die damit verbundenen Einschränkungen werden Vorlesungen, Übungen und Tutorien auch im Sommersemester Online stattfinden. Die Praktika finden teils vor Ort mit Einschränkungen statt, aber größtenteils Online. Unser Lehrangebot im Sommersemester 2021 umfasst folgende Veranstaltungen:

         1. Veranstaltung/Fragestunde NT2 am 16.04.2021 um 15:00 Uhr als ZOOM-Meeting

          1. Veranstaltung/ Fragestunde NanoOpto am 12.04.2021 um 15:00 Uhr als ZOOM-Meeting

Weitere Informationen siehe Lehre.

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UDE - Werkstoffe der Elektrotechnik

Halbleiterforschung Licht schwächt magische Nanoteilchen

[21.01.2021] Man nennt sie „magische Nanoteilchen“, weil sie besondere Eigenschaften haben: Sie bestehen aus nur wenigen Atomen, aber weil diese sich in einer besonderen Kristallstruktur anordnen, sind die Partikel extrem stabil. Es sei denn, man bestrahlt sie mit Licht. Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben herausgefunden, dass sich solche Materialien schon grundlegend verändern, sobald sie mit optischen Methoden lediglich analysiert werden sollen. Das Fachmagazin „Nature Communications“ berichtet.

Aus gerade einmal 26 Atomen bestehen die Cadmiumselenid-Partikel, mit denen sich die Forscher der „Werkstoffe der Elektrotechnik“ um Juniorprofessorin Dr. Franziska Muckel, Leiterin der Arbeitsgruppe „Elektroenergetische Funktionsmaterialien“, beschäftigten. Die Atome sind allerdings in einer Kristallstruktur angeordnet, d.h. in einem regelmäßigen Gitter – ähnlich den aus Seilen und Metall bestehenden symmetrischen Klettergerüsten auf Kinderspielplätzen. Dieser Aufbau macht die Partikel ausgesprochen stabil.

Gemeinsam mit der Seoul National University (Süd-Korea) und dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf konnten die UDE-Forscher jedoch nachweisen, dass Licht ab einer bestimmten Wellenlänge die Bindungen innerhalb dieser Halbleiter-Nanoteilchen sehr stark schwächt; gleich hundert Mal stärker als in dem gleichen Material mit deutlich größeren Abmessungen.

Optische Analyseverfahren – Standardtechniken in der Halbleiterforschung – kommen so in diesen Dimensionen an ihre Grenzen: Anstatt nur Materialeigenschaften aufzuklären, verändern sie das untersuchte Material selbst. Da magische Nanoteilchen ein wichtiger Zwischenschritt sind auf dem Weg zu größeren funktionellen Partikeln, ist diese Erkenntnis wegweisend.

Muckel, die im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg forscht, will das Ergebnis nun ganz praktisch nutzen: „Auf lange Sicht planen wir, aus ähnlichen Materialien Bauelemente zu entwickeln, die Licht in Ladungsträger umwandeln und damit als optische Sensoren dienen könnten.“

Originalveröffentlichung:
F. Muckel, S. Lorenz, J. Yang, T. A. Nugraha, E. Scalise, T. Hyeon, S. Wippermann, G. Bacher
„Exciton-driven change of phonon modes causes strong temperature dependent bandgap shift in nanoclusters“
Nat Commun 11, 4127 (2020)

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17563-0

Photodetektoren und Lichtemitter für die flexible Elektronik

[18.11.2020] Franziska Muckel wird erste Professorin in der Elektrotechnik

Die Vision einer vernetzten Umgebung mit vielfältigen elektrischen Funktionalitäten ist die treibende Kraft hinter der Entwicklung der flexiblen Elektronik. Mit der zunehmenden Vernetzung unserer Alltagsgegenstände steigt jedoch auch der Energiebedarf solcher Systeme. „Entscheidend ist deshalb die Entwicklung effizienter Sensoren und Kommunikationssysteme.“, sagt Dr. Franziska Muckel. Sie ist neue WISNA-Juniorprofessorin für Elektroenergetische Funktionsmaterialien und entwickelt an der Universität Duisburg-Essen (UDE) innovative Materialien und Bauelementkonzepte für Photodetektoren und Lichtemitter.

Die 33-Jährige studierte von 2007 bis 2012 NanoEngineering an der Universität Duisburg Essen. Im Jahr 2012 ging sie für einen kurzes Forschungsprojekt an die renommierte Princeton University in den USA. Nach einer ausgezeichneten Promotion in der Elektrotechnik an der UDE im Jahre 2018 zog es sie dann für einen Postdoc Aufenthalt wieder für 2 Jahre in die USA an die University of Washington, Seattle. In Zusammenarbeit mit Prof. David Ginger entwickelte sie dort bis März diesen Jahres neuartige lösungsmittelbasierte Materialien und Materialkombinationen für optoelektronische und photonische Anwendungen.  

An der UDE möchte sich die junge Professorin als Erstes mit optoelektronischen Bauelementen für die flexible Elektronik beschäftigen. „Bauelemente etwa aus der Flüssigphase sind leicht und kompakt, können flexibel auf verschiedensten Substraten realisiert werden und zeichnen sich so durch eine kostengünstige Herstellung mit minimalem Material- und Primärenergieaufwand aus“, schwärmt Franziska Muckel. Das Zusammenwirken von integrierten Schaltungen, Lichtemittern und Sensornetzwerken ermöglicht viele neuartige Produktdesigns, sei es etwa in der Medizintechnik beim Überwachen menschlicher Vitalparameter, bei der vernetzten Steuerung in der Automobiltechnologie oder in tragbaren Computersystemen (Wearables), die am Kopf oder Körper getragen werden.

Die Professur für Elektroenergetische Funktionsmaterialien gehört zu dem vom Bund aufgelegten Programm zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses (WISNA). Es soll jungen Forschenden einen transparenten und planbaren Weg in die Professur auf Lebenszeit bieten. Bisher werden deutschlandweit 468 dieser „Tenure-Track-Professuren“ gefördert, davon 23 an der UDE.

Best PhD Student Poster Contribution Award

[16.11.2020] Für seinen Posterbeitrag „PECVD Grown Graphene as Transparent Electrode in GaN-based LEDs“ wurde M.Sc. Jan Mischke auf der diesjährigen, virtuellen Konferenz Graphene2020 mit dem Best PhD Student Poster Contribution Award ausgezeichnet. Das Poster handelt von den neuesten Ergebnissen über das direkte Wachstum von Graphen mittels plasma‑unterstützter chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) auf GaN-basierten LEDs, welches zum Schwerpunkt 2D Materialien des Lehrstuhls Werkstoffe der Elektrotechnik von Prof. Gerd Bacher gehört.

Hier geht's zum Poster

Zu den Awards

Flexible Leuchtelemente in 2D

[20.10.2020] Würde man 80.000 von ihnen übereinanderlegen, wäre der Stapel nur so hoch wie ein flachliegendes Blatt Papier: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und Kooperationspartner haben eine nur drei Atomlagen dünne Schicht aus Wolframdisulfid entwickelt, die leuchtet, flexibel ist und zudem stabil gegenüber äußeren Einflüssen. Mehrere Quadratzentimeter große Flächen davon wurden bereits in Bauelemente eingebettet, der Herstellungsprozess ist aber darüber hinaus skalierbar.

Die hauchdünne Leuchtschicht wächst auf einer Unterlage aus Saphir, wird anschließend behutsam mithilfe eines Lackes abgehoben, auf die Trägerfolie übertragen und der Lack aufgelöst. In groben Zügen ist das der Herstellungsprozess, über den die Projektpartner der UDE, der RWTH Aachen und der Firma AIXTRON ganze Bauelemente aus dem zweidimensionalen Material entwickelt haben. Die Methode lässt sich mit dem gleichen Material und derselben Bauelementarchitektur auf weitaus größere Flächen skalieren – das macht sie industriell interessant.

Mehr dazu [HIER]

Originalveröffentlichung:
D. Andrzejewski et al., Advanced Optical Materials 2020
https://doi.org/10.1002/adom.202000694

 

Masterarbeit gefördert durch die Stiftung Industrieforschung

[24.09.2020] Alljährlich fördert die Stiftung Industrieforschung deutschlandweit Studierende aus technisch-naturwissenschaftlichen Studiengängen, deren Masterarbeit Relevanz für den industriellen Mittelstand verspricht, mit einem Stipendium. Für die Bearbeitung seiner Abschlussarbeit zum Thema „Transparente und flexible Leuchtelemente auf Basis von Nanometer-dünnen 2D Halbleitern“ am Lehrstuhl Werkstoffe der Elektrotechnik (Prof. Dr. Gerd Bacher) erhält B.Sc. Henrik Myja eines dieser begehrten Stipendien. Als aktives Material für die Leuchtelemente werden großflächige Wolframdisulfid-Monolagen verwendet, die aus einer Kooperation mit Prof. Dr. Andrei Vescan von der RWTH Aachen stammen. Diese werden im Hinblick auf die interne Quanteneffizienz untersucht und in eine transparente und flexible Bauelementumgebung eingebettet. Eine Analyse der Bauelemente dient zur Abschätzung des Anwendungspotentials, z.B. im Bereich flexibler Beleuchtungs- oder Displayelemente für gewichtsreduzierte, mobile Lösungen.

CVD-Graphen auf GaN-LEDs

[22.04.2020] Transparent und hoch leitfähig – Graphen bietet eine außerordentliche Kombination dieser beiden Eigenschaften. Am Lehrstuhl Werkstoffe der Elektrotechnik der Universität Duisburg-Essen wird an der industriellen Integration dieses Wundermaterials mittels chemischer Gasphasenabscheidung geforscht. Ziel ist es, Graphen als transparente Elektrode für effizientere Bauelemente zu verwenden.

Einen Durchbruch beim direkten Wachstum von Graphen auf GaN-basierten LEDs gelang der Arbeitsgruppe um Prof. Gerd Bacher durch die Verwendung einer Stickstoffatmosphäre statt der herkömmlichen Wasserstoffatmosphäre. Die direkt gewachsenen Graphenelektroden sorgen nun für eine bessere Stromverteilung auf der Oberfläche der LEDs und somit für eine erhöhte Lichtemission. Dieser neuentwickelte Wachstumsprozess eröffnet die Möglichkeit der direkten Implementierung von Graphen in industriell relevante Applikationen, wie z.B. neuartiger UV-LEDs, welche Anwendbarkeit im medizinischen Bereichen zur Desinfektion versprechen.

 

Originalveröffentlichung:
J. Mischke et al., 2D Materials (2020)
(https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab8969)

Magnetisierung durch Licht!

[02.04.2020] Magnetismus auf Bedarf und ohne Strom erzeugen – in der Welt dotierter Nanokristalle keine Science Fiction, sondern machbar. Ein Durchbruch auf diesem Gebiet gelang kürzlich im Rahmen einer Kooperation des Lehrstuhls Werkstoffe der Elektrotechnik mit Kollegen der University of Washington in Seattle. Durch Spektroskopie an einzelnen Nanopartikeln in einem rotierbaren Magnetfeld konnte gezeigt werden, wie lichtinduzierter Magnetismus gezielt ausgerichtet werden kann.

Auch in Zukunft wird die Expertise des Lehrstuhls auf diesem Gebiet weiter genutzt. Dazu hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft kürzlich ein neues Projekt mit dem Titel „Untersuchung anisotroper Spinphänomene in dotierten Nanokristallen mittels Lumineszenz-Spektroskopie an Einzelpartikeln in einem Vektormagnetfeld“ für einen Zeitraum von drei Jahren bewilligt.

 

Originalveröffentlichung:
S. Lorenz et al., Nano Letters 20, 1896 (2020)
(https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b05136)

Quelle: VDE

VDE Promotionspreis 2019 für Dr. Franziska Muckel

[20.11.2019] Der diesjährige VDE Promotionspreis, dotiert mit 3.000 Euro, wurde an Frau Dr. Franziska Muckel für ihre Dissertation „Magnetisch dotierte Halbleiter-Quantenpunkte aus lösungsmittelbasierter Herstellung: Von der Funktionalität zum Bauelement“ in einem Festakt im Gerhard-Mercator-Haus Duisburg übergeben. Frau Muckel entwickelte während ihrer Promotion Halbleiter-Nanokristalle, die elektrische, optische und magnetische Funktionen auf kleinstem Raum vereinen. Mit dieser Grundlagenforschung werden viele Geräte schon bald noch leistungsfähiger sein. Seit ihrer Gründung stiftet der VDE Nordrhein-Westfalen jährlich einen Promotionspreis für besondere Leistungen in den Bereichen Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik an Wissenschaftlerinnen der Universitäten und Hochschulen Aachen, Bochum, Duisburg, Dortmund, Hagen, Paderborn, Siegen und Wuppertal. Neben der wissenschaftlichen Originalität und dem Innovationswert der eingereichten Arbeit wird auch die Anwendbarkeit bzw. die Relevanz der Ergebnisse für das Land NRW geprüft und bewertet.

Von Siegbert Kmetz

 

 

 

 

Universität Duisburg-Essen

Campus Duisburg

Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik

Prof. Dr. rer. nat. Gerd Bacher

Bismarckstraße 81, BA
47057 Duisburg

Sekretariat
Tel.: 0203 / 379 - 3405
Fax: 0203 / 379 - 3404
E-mail: petra.merker@uni-due.de

Adresse & Orientierung

 

Ausgewählte Veröffentlichungen

F. Muckel, S. Lorenz, J. Yang, T. A. Nugraha, E. Scalise, T. Hyeon, S. Wippermann, G. Bacher
"Exciton-driven change of phonon modes causes strong temperature dependent bandgap shift in nanoclusters"
Nature Comm. 11, 4127 (2020), [DOI: 10.1038/s41467-020-17563-0]

D. Andrzejewski, R. Oliver, Y. Beckmann, A. Grundmann, M. Heuken, H. Kalisch, A. Vescan, T. Kümmell, G. Bacher
"Flexible large-area light-emitting devices based on WS2 monolayers"
Adv. Optical Mater. 2020, 2000694, [DOI: 10.1002/adom.202000694]

B. Bekdüz, U. Kaya, M. Langer, W. Mertin, G. Bacher
"Direct growth of graphene on Ge(100) and Ge(110) via thermal and plasma enhanced CVD"
Scientific Reports 10:12938 (2020), [DOI: 10.1038/s41598-020-69846-7]

J. Mischke, J. R. Pennings, E. Weisenseel, P. Kerger, M. Rohwerder, W. Mertin, G. Bacher
"Direct growth of graphene on GaN via plasma-enhanced chemical vapor deposition under N2 atmosphere"
2D Materials 7, 035019 (2020), [DOI: 10.1088/2053-1583/ab8969]

S. Lorenz, C. S. Erickson, M. Riesner, D. R. Gamelin, R. Fainblat, G. Bacher
"Directed exciton magnetic polaron formation in a single colloidal Mn2+:CdSe/CdS quantum dot"
Nano Lett. 20, 1896 (2020), [DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05136]

A. Schmitz, L. Schaberg, S. Sirotinskaya, M. Pantaler, D. C. Lupascu, N. Benson, G. Bacher
"Fine structure of the optical absorption resonance in Cs2AgBiBr6 double perovskite thin films"
ACS Energy Lett. 5, 559 (2020) [DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02781]

R. Fainblat, S. Delikanli, L. Spee, T. Czerny, F. Isik, V.K. Sharma, H.V. Demir, G. Bacher
"Impurity incorporation and exchange interactions in Co2+-doped CdSe/CdS core/shell nanoplatelets"
J. Chem. Phys. 151, 224708 (2019) [DOI: 10.1063/1.5129391]

D. Andrzejewski, H. Myja, M. Heuken, A. Grundmann, H. Kalisch, A. Vescan, T. Kümmell and G. Bacher
"Scalable Large-Area p–i–n Light-Emitting Diodes Based on WS2 Monolayers Grown via MOCVD"
ACS Photonics 6, 1832-1839 (2019) [DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00311]

J. Frohleiks, S. Wepfer, E. Nannen and G. Bacher
"Realization of red iridium-based ionic transition metal complex light-emitting electrochemical cells (iTMC-LECs) by interface-induced color shift"
ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 23612 (2019) [DOI: 10.1021/acsami.9b07019]

Alle Veröffentlichungen unseres Fachgebietes  [HIER]