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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.

Polyethylen (PE) wäre ein ideales Material für den Leichtbau: energieeffizient, auch aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar, nahezu rückstandslos rezyklierbar. Wirklich mechanisch belastbar sind jedoch bisher nur PE-Bauteile, die als Komposite mit integrierten Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IWM, MikroTribologie Centrum µTC, haben gemeinsam mit dem Freiburger Materialforschungszentrum und dem Polyolefinhersteller LyondellBasell nun ein tragfähiges, »sortenreines PE-Komposit« hergestellt und qualifiziert. Der Clou: Die verstärkenden Faserstrukturen bestehen ebenfalls aus PE und bilden sich sogar im Spritzguss selbst.

Wie werden wir in Zukunft Forschung betreiben und Produkte entwickeln? Wie werden wir gewonnene Erkenntnisse Kolleginnen und Kollegen zur Verfügung stellen, die sich vielleicht auf der anderen Seite der Welt befinden? Den Weg zu einer digitalen Infrastruktur für materialwissenschaftliche Forschungsdaten soll das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierte Verbundprojekt »Innovations-Plattform MaterialDigital« ebnen. Ziel dabei ist einen virtuellen Materialdatenraum aufzubauen und so den Umgang mit Werkstoffdaten zu systematisieren. Die beteiligten Forschungseinrichtungen haben nun ihre Arbeit aufgenommen.

Die Lager von Maschinen werden in der Regel mit Öl geschmiert. Doch große Mengen dieser Öle landen auch heute noch in der Umwelt. Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, MikroTribologie Centrum µTC wurde deshalb eine Methode entwickelt, mit der sich Gleitlager künftig auf Wasserbasis schmieren lassen können. Das ist deutlich umweltfreundlicher.

An dem mit dem Freudenberg Innovation Award 2019 ausgezeichneten Projekt »Atomistische Simulationen« ist das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM mit molekulardynamischen Simulationen maßgeblich beteiligt. Das Ziel des Projektes ist, Reibung, Verschleiß und Wartungsaufwand von Reibpartnern, Schmierstoffen und Dichtungen auf ein Minimum zu reduzieren. Vor drei Jahren begann die langjährige Kooperation, die mithilfe von atomistischen Simulationen die Reibung bei Gleitringdichtungen besser verstehen möchte. Damit wurde wissenschaftliches Neuland in der Tribologie betreten.