Nachwuchsgruppen

MatrixPrint

Die BMBF NanoMatFutur-Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Dr. Dorothea Helmer beschäftigt sich mit neuen Materialien und 3D-Druck.
In der klassischen Fertigung werden Bauteile subtraktiv gefertigt, d.h. aus einem Materialblock durch Abtrag von Material – dies führt zu einer größeren Menge Abfall. 3D- Druck verspricht hier eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Fertigung der Zukunft: weniger Abfall durch schichtartige Fertigung ohne überschüssiges Material, individuelle Designs, komplexe Strukturen. Der völlig freie Druck im dreidimensionalen Raum ist allerdings auch heute nur schwer möglich: komplexe Strukturen erfordern den Druck von Stützstrukturen, die nachträglich entfernt werden müssen. Durch den schichtweisen Auftrag von Material im 3D-Drucker von kommt es außerdem zu rauen Oberflächen, welche oftmals nachbehandelt werden müssen.

Erforscht werden daher volumetrische Druckverfahren, bei denen verschiedene Materialien wie beispielsweise Gläser, Polymere und Metalle in wiederverwendbaren Stützmatrices gedruckt werden. Dabei werden die Materialien als flüssige Tinten mit einer Nadel in eine Gelmatrix gedruckt. Die Matrix kann die eingebrachten Materialtinten so stabilisieren, dass die Strukturen genau dort verbleiben, wo sie gedruckt wurden, unabhängig von ihrer Dichte. Die MatrixPrint-Technologie ermöglicht die Herstellung komplexer 3D Strukturen verschiedener Materialien sowie künstliche Blutgefäße.

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Elektrochemische Energiesysteme

Die Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Dr. Severin Vierrath forscht an Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseuren. Kernkompetenzen sind innovative Herstellungsmethoden und Materialien sowie die Mikrocharakterisierung und 3D-Bildgebenden Verfahren für diese Technologien. Im Fokus liegen neue Herstellungs-Methoden und alternative Materialien für elektrochemische Energieanwendungen: Brennstoff- und Elektrolysezellen und Redox-Flow Batterien. Durch neue Membransysteme steigern wir die Leistungsdichte und die Lebensdauer. Zudem entwickeln wir neue Elektrodenstrukturen, die höhere Leistungsdichten ermöglichen. Hierfür stehen in der Gruppe Methoden wie Elektrospinning, Sprüh-Beschichtung und skalierbare Beschichtungs-Verfahren zur Verfügung.

Neue Materialien und Herstellungsmethoden charakterisieren wir elektrochemisch in Brennstoff- und Elektrolysezellen- und Batterie-Testständen, sowie ex-situ in unserem Mikroanalyse-Labor (µXRF, Xe-Plasma FIB/SEM, Raman-Mikroskopie, …).Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette von der Katalysator- und Membranherstellung sowie Tinten- und MEA-Herstellung bis hin zur elektrochemischen und mikroskopischen Analyse abgedeckt.

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*Grüner Wasserstoff als Energieträger von morgen: Dr. Severin Vierrath entwickelt mit seinem Team sowohl ein neues Verfahren der Elektrolyse als auch Materialien für Brennstoffzellen*. *Photo: Klaus Polkowski*

*Strahlungskarte als Ergebnis eines im Verbundprojekt OSKAR entwickelten Strahlungskamera-Prototyps.*

OSKAR: Ortsaufgelöste Strahlungskamera mit Radionuklididentifikation, Teilprojekt A

Ziel des Vorhabens unter der Leitung von Dr. Simon Procz ist die Entwicklung von zwei neuartigen Strahlungskamera-Prototypen namens OSKAR-3 und OSKAR-4, die mittels Analyse des Compton-Effekts eine direkte Lokalisierung radioaktiver Quellen ermöglichen. Hierfür werden Timepix-3/Timepix-4 Detektorchips in Kombination mit 3 – 5 mm dicken CdTe Sensoren verwendet. Gegenüber bestehenden Gamma-Kameras wird die Effizienz deutlich steigen und bei OSKAR-3 mindestens 25x, und bei OSKAR-4 mindestens 150x so hoch sein wie die aktueller Gamma-Kameras. Als zusätzliche Information wird die Strahlungskamera eine Radionuklid-Identifikation bieten, was in einigen Anwendungsfeldern einen weiteren, erheblichen Mehrwert gegenüber bestehenden Strahlungsdetektoren darstellt. Weiterhin werden nicht nur Gamma-Photonen detektiert und analysiert, sondern auch Beta-Teilchen.

Das Einsatzgebiet dieser Strahlungskamera ist somit interdisziplinär: im Vorhaben wird der Nutzen für den nuklearen Rückbau, die Überprüfung von Altmetall, im Bereich Sicherheit und Terrorismusbekämpfung, im Katastrophenschutz sowie in der medizinischen Bildgebung evaluiert.