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Applikationen aus der Miniaturwelt - Exzellenzcluster EAM auf der ACHEMA

11.05.2009 - (idw) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Der Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) und das Department für Chemie und Bioingenieurwesen (CBI) der Universität Erlangen-Nürnberg stellen auf der ACHEMA in Frankfurt noch zum 15. Mai 2009 neue Entwicklungen aus den Themenbereichen Bioverfahrenstechnik, Hochdrucktechnologie, Ionische Flüssigkeiten, Katalyse, Nanoelektronik, Optik sowie Partikeltechnologie vor. Zusätzlich präsentieren der EAM mit seiner integrierten Graduate School sowie das CBI in Forschungshalle 4.2 Stand B6/C7 ihr Angebot für Studierende und Wissenschaftler. Der Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials befasst sich als einziger materialwissenschaftlicher Cluster mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien, deren Strukturaufbau hierarchisch von der molekularen bis zur makroskopischen Größenskala organisiert ist. Die Überbrückung der Lücke zwischen Grundlagenforschung und ihrer ingenieurwissenschaftlichen Umsetzung erfordert neue Ansätze über alle Zeit- und Größenskalen sowie über Fächergrenzen hinweg. Der Cluster präsentiert vor allem neue Entwicklungen im Bereich Katalyse, Optik und Nanoelektronik.

Bioverfahrenstechnik: Mikroalgen in Photoscreening-Modulen
Cyanobakterien und Mikroalgen erweisen sich als ertragreiche Quelle für neuartige bioaktive Verbindungen. Der Bereich "Marine Biotechnologie" untersucht phototrophe Mikroorganismen hinsichtlich ihres antibiotischen, antiviralen und antioxidativen Potenzials für Naturstoff-Forschung und Pharmaentwicklung. Die Photobioreaktoren, die für die Untersuchungen bezüglich Wachstums, der Produktausbeute und - qualität entwickelt wurden, werden auf der ACHEMA zu sehen sein.

Hochdrucktechnologie: Physik unter Hochdruck
Thermofluiddynamische und physikalische Phänomene unter Hochdruck können durch optische Messungen untersucht werden. Auf der Messe werden in-situ Beobachtung von Phasenwechsel und Partikelerzeugung sowie Flüssigkristalle zur Visualisierung von Temperatur- und Strömungsfeldern unter Hochdruck gezeigt. Im ausgestellten Autoklav einer Elektrospinninganlage können unter Hochdruck Nanofasern von 200-500 Nanometern Durchmesser aus Polymerlösungen erzeugt werden.

Ionische Flüssigkeiten: Wie löst man Holzspäne auf?
Die neue Substanzklasse der ionischen Flüssigkeiten bietet einzigartige Eigenschaften wie extrem niedrigen Dampfdruck, hohe chemische und thermische Stabilität und Leitfähigkeit sowie ein weites elektrochemisches Fenster. Sie besitzt ein riesiges Potenzial beispielsweise als maßgeschneiderte Lösungs- und Schmiermittel für Hydraulik, Kompressoren und Vakuumtechnik. Auf der Messe wird anschaulich gezeigt, wie Biomasse in ionischen Flüssigkeiten aufgelöst werden kann und ein Dreiphasensystem bestehend aus ionischer Flüssigkeit / Wasser / Organischer Flüssigkeit wird demonstriert.

Katalyse: Die Lunge als Vorbild für neuartige Katalysatoren
Ein natürliches, technisch wahrscheinlich nie erreichbares Vorbild für Katalysatoren stellt die Lunge dar. Dieses Vorbild vor Augen werden im Bereich Katalyse technische Lösungen für hierarchisch aufgebaute poröse Materialsysteme erforscht. Erste vielversprechende Mate-­rialkombinationen sind beispielsweise Glas/Zeolith; Keramik/Zeolith oder Metall/Zeolith sowie Schaumstrukturen als Katalysatorträger. Ebenfalls präsentiert wird ein Berty-Reaktor zum Studium der Kinetik katalytischer Reaktionen, vor allem zur Analyse der "Supported Ionic Liquid Phase (SILP) catalysts". Bei dieser Vernetzung der Forschungsgebiete Ionische Flüssigkeiten und Katalyse entstehen durch die Beschichtung eines festen porösen Materials mit ionischen Flüssigkeiten maßgeschneiderte Materialien mit definierten Eigenschaften und Oberflächen und einer kontrollierten chemischen Reaktivität für katalytische Anwendungen.

Nanoelektronik: Dünnschichttransistoren für flexible Schaltungen
Mit Hilfe nanotechnologischer Druckverfahren können preiswert elektronische Bauelemente mit vorteilhaften optischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Als Beispiele werden ein Dünnschichttransistor (TFT) sowie transparente leitfähige Schichten aus Nanopartikeln für druckbare Elektronik gezeigt. Potentielle Anwendungen sind flexible Displays wie z. B. in E-Papers oder RFID-Tags.

Optik: Nanopartikelcharakterisierung von Abgasen und Photonische Kristallfasern
In vielen Städten werden die Grenzwerte für Feinstaubbelastung überschritten. Die gesetzlichen Vorgaben beschränken sich auf die Masse der Partikel kleiner als 10 µm, ohne Berücksichtigung ihrer Zusammensetzung. Dabei zeigen Studien, dass kleinere Teilchen noch gefährlicher sind als große. Um das Gefährdungspotenzial zu bestimmen, ist eine simultane, selektive Bestimmung der Masse und der spezifischen Oberfläche der Teilchen erforderlich. Hierzu wurde in Erlangen ein neuer Rußsensor entwickelt. Mit seiner Messtechnik der laserinduzierten Inkandeszenz (LII) sind räumlich und zeitlich aufgelöste Kenndaten direkt im Abgas bestimmbar und dies - im Gegensatz zu etablierten Verfahren - mit einer sehr hohen Empfindlichkeit (<5µg/m³). So können auch die zukünftig weiter sinkenden Emissionsgrenzwerte sicher erfasst werden. Der Bereich Optik des Exzellenzclusters zeigt die Herstellung von optischen Metamaterialien, d. h. Materialien mit völlig neuen Eigenschaften und Photonische Kristallfasern, mit einem breiten Anwendungsspektrum, z. B. als Mikrolabor, bei dem die Reaktionsschritte optisch überwacht werden können.

Partikeltechnologie: maßgeschneiderter, standardisierbarer Mikrokosmos
Die Partikeltechnik entwickelt ausgehend vom molekularen Verständnis von Partikeln, Parti-­keloberflächen und Grenzflächen Methoden der Partikelherstellung und -verarbeitung. Vorgestellt werden Verfahren der Partikelbildung (Top-down und Bottom-up) und der Funktionalisierung der Partikeloberflächen, durch die z. B. optische und elektrische Eigenschaften gezielt bestimmt werden können. Exponate zeigen etwa den Einfluss der Modifizierung der Partikeloberfläche auf die Haftkräfte zwischen den Teilchen und somit auf das Fließverhalten von Feststoffen und die Stabilität von Nanodispersionen. Anschauliche Beispiele sind ein Ferrofluid aus magnetischen Nanopartikeln, das im Magnetfeld beeindruckende 3D-Strukturen hervorbringt, sowie eine Demonstration der Funktionsweise von Wirbelschichtreaktoren.

Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM)
Der EAM an der Universität Erlangen-Nürnberg befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien, deren Strukturaufbau hierarchisch von der molekularen bis zur makroskopischen Größenskala organisiert ist. Der Cluster wird seit November 2007 im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder für insgesamt fünf Jahre mit fast 40 Mio. Euro gefördert. Darüber hinaus leisten das Land und der Freistaat Bayern umfangreiche Beiträge. Über neue Wege der Zusammenarbeit zwischen sieben Fachrichtungen der Universität, außer-universitären Einrichtungen und der Industrie werden innovative Anwendungen auf den Gebieten der Nanoelektronik, Photonik, Katalyse oder dem Leichtbau erschlossen.

Department Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI)
Das Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI) beschäftigt sich mit der Veränderung von Stoffen durch chemische, physikalische und biologische Verfahren. Dabei sollen durch ständige Optimierung bestehender bzw. durch den Einsatz neuer Verfahren die Produkteigenschaften verbessert sowie die Anzahl und Menge unerwünschter Neben- und Abfallprodukte reduziert werden. Dank ihrer breiten Ausbildung sind Chemie- und Bioingenieure in vielen Industriezweigen vertreten: in der chemischen, pharmazeutischen, Erdöl- und Lebensmittelindustrie, im Anlagen- und Automobilbau sowie in der Energietechnik und dem Umweltschutz.

In der Forschung engagieren sich die Lehrstühle des Departments CBI bei den Schwerpunkten chemische Reaktionstechnik, thermische, biologische und Grenzflächenverfahrenstechnik, Anlagentechnik, Strömungsmechanik und Thermodynamik. In der Ausbildung beteiligt sich das Department an den Bachelor- und Masterstudiengängen "Chemie- und Bioingenieurwesen", "Life Science Engineering" sowie "Energietechnik".

Weitere Informationen für die Medien:

Dr. Annette Tyrach
Annette.tyrach@eam.uni-erlangen.de
Tel. 09131/85-20840

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