Material-Entwicklung

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Entwicklung neuer Nano-Materialien

Die Herstellung neuartiger Materialen erfordert das Processing von Nano-Teilchen, also Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 10nm. Weitere aktuelle Forschungsgebiete sind:

1) Thermoelektrische Materialien werden in Zukunft immer wichtiger zur Energieversorgung, weil Ab-Waerme sinnvoll in elektrische Energie eingesetzt werden kann. Nach der Entdeckung des ausserordentlich hohen Seebeck-Koeffezienten bei der Oxidkeramik NaCo2O4 hat das Gebiet einen neuen Aufschwung erlebt. Auf atomistischer Ebene ist der Effekt noch nicht verstanden und erfordert komplizierte Band-Struktur-Rechnungen.

2) Bei der Photokatalyse können Keramik-Strukturen mit Dimensionen im sub-mikrometer Bereich auf geeigneten Substraten, z.B. ZnO, hergestellt werden. Auf der anorganischen Substrat-Oberfläche werden licht-empfindliche organische Substanzen aufgebracht. Die Struktur der organisch / anorganischen Grenzfläche hat einen grossen Einfluss auf den Elektronen-Transport.

3) Beim CVD-Wachstum von Nanotubes (Nano-Kohlenstoff-Röhrchen) werden metallische Pd-Nanoteilchen in die Nanotubes eingebettet. Diese Verbundwerkstoffe könnnen z.B. Anwendung als Emitter für neuartige Röntgen-Geräte finden. Die Abbildung zeigt ein metallisches Pd-Nanoteilchen eingebettet in einem Kohlenstoff-Nano-Röhrchen

4) Der Sol-Gel-Prozess bei Keramiken

Bei der Keramik-Herstellung findet in der wässrigen Lösung, dem Schlicker (Slurry), eine komplizierte Wechselwirkung von geladenen Teilchen, polarisierten Molekülen und Ionen statt. Bei der Sol-Gel-Mtehode entstehen aus den organischen Precursor-Materialien keramische Nano-Teilchen. Die Simulation mit der Molekular-Dynamik-Methode kann zur Aufklärung der Mechnanismen dienen.

5) Die atomare Struktur von Grenzflächen hat einen grossen Einfluss auf die Eigenschaften von Verbund- Werkstoffen. Die Molekular Dynamik Methode kann prinzipell die meisten Eigenschaften der Werkstoffe vorhersagen und ist somit ein wichtiges Werkzeug zur Entwicklung neuer Werkstoffe. Die weiterfortschreitende Miniaturisierung der Bauteile ist eine grosse Herausforderung für die Materialentwicklung, sodass die atomare Struktur von Grenzflächen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Abbildung zeigt einen Intra-Nano-Verbund-Werkstoff: Zirkonia eingebettet in Magnesia.