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Das größte Potenzial der Digitalisierung in materialintensiven Betrieben liegt in prozessübergreifender Verknüpfung von Materialdaten. Sie verspricht Bauteil-Entwicklungszeiten zu verkürzen, komplexe Fertigungsprozesse schneller zu optimieren und noch zuverlässigeren Anlagenbetrieb als bisher zu sichern. Das Problem ist die sehr heterogene Natur von Materialdaten. Sie macht die Verknüpfung extrem komplex. Ein Forschungsprojekt des Landes Baden-Württemberg unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM aus Freiburg, MaterialDigital, erzielte jetzt große Fortschritte bei der Strukturierung von Materialdaten zu einem durchgängigen Datenraum.

Regenerativ erzeugter Wasserstoff ist ein idealer Energieträger, der künftig in Brennstoffzellen und Autos zum Einsatz kommen soll und Erdgas als Energielieferant ergänzt. Doch kann atomarer Wasserstoff bei hohen Temperaturen Metall verspröden lassen. Lukas Gröner vom Fraunhofer IWM, MikroTribologie Centrum µTC, hat jetzt eine robuste Beschichtung entwickelt, die Stahl wirkungsvoll vor dem Eindringen von Wasserstoff schützt. Die Barrierewirkung dieser sogenannten MAX-Phasen-Schicht ist 3500-mal größer als die von unbehandeltem Stahl. Die Ergebnisse seiner Arbeit hat er in der Zeitschrift Materials (doi: 10.3390/ma13092085) veröffentlicht.

Diamant- und diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) sind als extrem beständige Oberflächen in Reibkontakten zu finden – von Raumfahrtkomponenten bis zu Rasiergeräten. Sie verringern Reibung und Verschleiß in Lagern oder Ventilen mithilfe sogenannter Passivierungsschichten, die Anbindungen anderer Materialien verhindern. Bisher war unklar, wie diese Schichten aufgebaut sein müssen, um minimale Reibung zu erzielen. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM, MikroTribologie Centrum µTC, haben nun einen Durchbruch beim Verständnis der Passivierungen erzielt. Die unerwarteten Ergebnisse sind im Fachjournal »ACS Applied Materials & Interfaces« veröffentlicht.

Geschmierte Wellen, Lager oder Getriebe laufen nur dann »wie am Schnürchen«, wenn die Bauteile auf einem perfekten Schmierfilm gleiten und dabei möglichst wenig Reibung, Verschleiß und Energieverlust erzeugen. Dafür müssen die Ingenieurinnen und Ingenieure das Verhalten des Schmierfilms im sogenannten Tribokontakt kennen, was mit Experimenten kaum zu messen ist. Das Fraunhofer IWM, MikroTribologie Centrum µTC, macht darum Schmierstoffeigenschaften mittels atomistischer Methoden berechenbar und hat jüngst spannende Erkenntnisse zu einer der zentralen Kenngrößen, der Druckabhängigkeit der Schmierstoffviskosität, in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Als Funktionsträger in technischen Systemen müssen Werkstoffe hohe Anforderungen erfüllen: Sie sollen ressourcenschonend und energieeffizient hergestellt und zu verarbeiten sein. In komplexen Belastungssituationen sollen sie die bestmögliche Leistung zeigen bei angemessener, bekannter Lebensdauer und maximaler Zuverlässigkeit. Darüber hinaus sollen Werkstoffe eine geringe Umweltbelastung im Lebenszyklus eines Produkts bedingen.

Leistungsfähige, langlebige Energiespeicher sind für viele Zukunftstechnologien von zentraler Bedeutung: Etwa für die Elektromobilität, für mobile Endgeräte wie Tablets oder Smartphones oder zur effizienten Nutzung regenerativer Energien. Dr. Daniel Mutter vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM konnte klären, wie Feststoff-Elektrolyte aus Keramik chemisch zusammengesetzt sein müssen, um gute Leistung in Lithium-Ionen Batterien zu erbringen. Dies hat er im Journal of Applied Physics (https://doi.org/10.1063/1.5091969) veröffentlicht. Solche Feststoff-Elektrolyte sind umweltfreundlicher als herkömmliche Flüssig-Elektrolyte und könnten Lithium-Ionen Batterien deutlich leistungsfähiger und betriebssicherer machen.

Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften acatech wählte Institutsleiter Prof. Dr. Peter Gumbsch in den Kreis ihrer Mitglieder. Die Wahl ist eine Auszeichnung seiner wissenschaftlichen Leistung und zugleich ein ehrenamtliches Mandat: Die von Bund und Ländern geförderte Akademie berät seit 2008 Politik und Gesellschaft in technikwissenschaftlichen sowie technologie-politischen Belangen und vertritt die deutsche Technikwissenschaft auf nationaler und internationaler Ebene.

Solarzellen mit höchsten Wirkungsgraden liefern Strom kostengünstig und verbrauchen dabei weniger Fläche und Ressourcen. Sie ermöglichen auch neue Produkte, wie z.B. Elektroautos, die sich über Solarzellen aufladen lassen. Der Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen lässt sich aufgrund von physikalischen Grenzen nicht mehr beliebig steigern. Mit Tandemsolarzellen aus mehreren lichtabsorbierenden Schichten sind dagegen Wirkungsgrade von über 35 % möglich, weshalb sie im Fokus der aktuellen Solarzellenforschung stehen. Im Fraunhofer-Leitprojekt »MaNiTU« entwickeln sechs Fraunhofer-Institute nachhaltige, höchsteffiziente und kostengünstige Tandemsolarzellen auf Basis neuer Absorbermaterialien.

Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM biegen mit einem neuen Verfahren Glasscheiben »scharf« um die Ecke. Anders als bei herkömmlichen Biegeverfahren leidet die optische Qualität des Glases dabei nicht. Das Glas mit der Ecke könnte künftig in der Architektur ungewöhnliche Akzente setzen, aber auch in der Medizintechnik eingesetzt werden. Auch dem Industriedesign eröffnet es neue Möglichkeiten.

Die Leiter zweier Freiburger Fraunhofer-Institute gestalten ab heute die Zusammenarbeit in zwei Fraunhofer-Verbünden noch intensiver als zuvor. Der Leiter des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM, Prof. Dr. Peter Gumbsch, wurde als neuer Vorsitzender des Fraunhofer-Verbunds Werkstoffe, Bauteile – MATERIALS gewählt. Den Vorsitz des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces übernimmt Prof. Dr. Karsten Buse, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM. Gumbsch und Buse sind damit Mitglieder des elfköpfigen Präsidiums der Fraunhofer-Gesellschaft.