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Mit Mathematik und Verfahrenstechnik zu neuartigen Nanopartikeln

Magische Kolloidale Cluster
Ein neuer SFB beschäftigt sich mit dem Design von Nanopartikeln. Der Maßstabsbalken der elektronenmikroskopischen Aufnahme entspricht 2 Mikrometer. (Bild: FAU/Junwei Wang)

Über 30 Millionen Euro für einen neuen und zwei verlängerte DFG-Sonderforschungsbereiche

Hervorragende Nachrichten für die FAU: Ab Januar 2020 richtet die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) einen neuen Sonderforschungsbereich (SFB) ein. Die Forscherinnen und Forscher unter der Leitung der FAU werden sich dem Design von Nanopartikeln widmen und mit rund 11 Millionen Euro gefördert. Das Besondere daran: Das Forschungsteam will die Teilchen zuerst an Modellen entwerfen und optimieren, bevor sie im Labor hergestellt werden. Möglich wird dies durch eine enge Zusammenarbeit von Mathematik und Verfahrenstechnik. Zwei weitere SFBs, an denen die FAU beteiligt ist, werden verlängert – dafür bekommt die Universität weitere 19,8 Millionen Euro.

Der SFB 1411 „Produktgestaltung disperser Systeme“ beschäftigt sich mit dem Design von Nanopartikeln. Dazu werden Partikelsynthesen mit neuartigen Trennmethoden zur Klassierung der Nanopartikeln direkt kombiniert. Der Clou des Ansatzes ist es, dass die Herstellung so optimiert wird, dass Partikeln mit maßgeschneiderten Eigenschaften in kontinuierlichen Prozessen hergestellt werden können. Hierdurch wird die heute übliche, oft empirische und sehr aufwendige Vorgehensweise ersetzt durch elegante Ansätze zum Eigenschafts- und Prozessdesign. Damit leistet der SFB wichtige Beiträge zur Digitalisierung des Produktdesigns von Partikelsystemen. In 20 Einzelprojekten werden von Forscherinnen und Forschern aus den Bereichen Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften, Mathematik und Physik auf diese Weise neuartige Partikeln entworfen, produziert und umfassend charakterisiert. Dabei stehen Teilchen mit besonderen optischen Eigenschaften im Mittelpunkt.

„Für den neuen Sonderforschungsbereich können wir auf das starke wissenschaftliche Fundament und die erstklassige Infrastruktur des bisherigen Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials aufbauen“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Peukert, Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik und SFB-Sprecher. Von den 20 Einzelprojekten liegen 18 Projekte an der FAU, eines am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) sowie eines an der Universität Duisburg-Essen, wo es von einer ehemaligen Forscherin der FAU geleitet wird. Im Rahmen des SFB wird ein Graduiertenkolleg eingerichtet, an dem Nachwuchstalente zum Design von Nanopartikeln promovieren können – was in dieser Form weltweit einzigartig ist. Der SFB wird außerdem neue Wege im Umgang mit den großen Datenmengen beschreiten, welche in den Experimenten und Simulationen anfallen.

Hochleistungsmaterialien aus Kohlenstoff

Ein weiteres Mal verlängert wird der SFB 953 „Synthetische Kohlenstoffallotrope“ – das Forschungsteam um Prof. Dr. Andreas Hirsch, Lehrstuhl für Organische Chemie II, erhält bis zum Jahr 2023 weitere 14,5 Millionen Euro. Kohlenstoff tritt in einer Vielzahl von Erscheinungsformen auf, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden. Man spricht dabei von allotropen Formen des Kohlenstoffs, die ihre unterschiedlichen Eigenschaften der Beschaffenheit der chemischen Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen verdanken. Synthetische Kohlenstoffallotrope, wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen, gehören gegenwärtig zu den vielversprechendsten Materialklassen und weisen ein enormes Potenzial für Hochleistungsanwendungen auf. Gleichzeitig sind sie ideale Modellsysteme für die Untersuchung von einer Reihe fundamentaler chemischer und physikalischer Fragestellungen.

Superlegierungen für Turbinenschaufeln

Ebenfalls bis zum Jahr 2023 arbeiten Forscherinnen und Forscher – unter anderem an der FAU – im SFB/Transregio 103 „Vom Atom zur Turbinenschaufel – wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen“. An die FAU gehen insgesamt zusätzliche 5,3 Millionen Euro. Die an der FAU beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden von Prof. Dr. Carolin Körner, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle) koordiniert. Einkristalline Superlegierungen stellen Schlüsselwerkstoffe für Turbinenschaufeln in modernen Gasturbinen für die Luftfahrt und für die Energieversorgung dar. Damit sind sie für die Mobilität der modernen Gesellschaft ebenso unverzichtbar wie für ihre nachhaltige Elektrizitätsversorgung, gleichgültig, ob bei letzterer fossile Brennstoffe oder die Solarthermie die Grundlage bilden. Höhere Wirkungsgrade bei höherer Nachhaltigkeit in Gasturbinen können nur über eine neue Einkristalltechnologie erreicht werden.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Peukert
Tel.: 09131/85-29400
wolfgang.peukert@fau.de

Prof. Dr. Andreas Hirsch
Tel.: 09131/85-65581
andreas.hirsch@fau.de

Prof. Dr. Carolin Körner
Tel.: 09131/85-27528
carolin.koerner@fau.de

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