Projekte

Aktuelle Projekte



Projekttitel Projekttyp Ansprechpartner
Combinatorial study of Ti-Ta and Ti-Ta-Al high temperature shape memory thin films DFG FOR 1766,Projektdetails M. Sc. Peer Decker
Fuels Produced Regeneratively Through Light-Driven Water Splitting: Clarification of the Elemental Processes Involved and Prospects for Implementation in Technological Concepts DFG SPP 1613 M. Sc. Helge Stein
Knowledge-based design and screening of thermoelectric half-Heusler alloys using high- throughput computations and experiments DFG Sachbeihilfe, Projektdetails Dipl.-Ing. Matthias Wambach
Novel Caloric Materials by Mastering Hysteresis: Combinatorial Development of Magnetocaloric Materials DFG SPP 1599, “Ferroic Cooling”, Teilprojekt A3 Dipl.-Ing. Steffen Salomon
From Atoms to Turbine Blades – a Scientific Approach for Developing the Next Generation of Single Crystal Superalloys DFG, SFB-TR 103, Teilprojekt B5 M.Sc. Dennis Naujoks
Kombinatorische Entwicklung von Photokathoden für die solare Wasserspaltung Haushaltsmittelprojekt / IMPRS-SurMat M.Sc. Helge Sören Stein
Mikrosystemtechnische parallele in situ Messung von Schichtspannung, -temperatur und elektrischem Widerstand bei Plasmabeschichtungsprozessen DFG, SFB-TR 87, Teilprojekt C2 Dipl.-Ing. Dario Grochla
Integrated combinatorial control of thermal and electrical transport properties in silicides DFG Sachbeihilfe (M-era.NET project) Dr. Sigurd Thienhaus
Ternäre Reaktivschichten auf Basis von Ru/Al Kooperation mit der Universität des Saarlandes Dr.-Ing. Alexander Siegel

 

SFB-TR 87 "Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten"


Strukturbreiten von 50 nm und weniger, Aspektverhältnisse von 1:100 und mehr, die bahnbrechenden Erfolge der Plasmaoberflächentechnik weisen der Mikroelektronik und der Mikro- und Nanostrukturtechnik den Weg. Die einzigartigen Erfolge dieser Technologie beruhen nicht zuletzt auf neuen Plasmaquellenkonzepten, ohne die weder die Geschwindigkeit noch die Homogenität und Stabilität der Prozesse möglich gewesen wären. Bis zum heutigen Tage werden sowohl die Prozesse als auch die Quellen ständig weiter erforscht und weiter entwickelt, mit dem Erfolg, dass die Speicherkapazität noch größer, die Handys noch kleiner und die PCs noch leistungsfähiger werden. Maßgebend für diesen Erfolg ist die enge Verzahnung der Plasmadiagnostik mit der Prozesstechnologie, die in-situ Kontrolle der prozessrelevanten Parameter sowie deren Korrelation mit den erzielten Strukturen.



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SFB-TR 103 "From Atoms to Turbine Blades – a Scientific Approach for Developing the Next Generation of Single Crystal Superalloys"


Einkristalline Nickelbasis-Superlegierungen stellen Schlüsselwerkstoffe für Turbinenschaufeln in modernen Gasturbinen für die Luftfahrt und für die Energieversorgung dar. Damit sind sie für die Mobilität unserer modernen Gesellschaft ebenso unverzichtbar wie für ihre nachhaltige Elektrizitätsversorgung, gleichgültig, ob bei letzterer fossile Brennstoffe oder die Solarthermie die Grundlage bilden. Höhere Wirkungsgrade bei höherer Nachhaltigkeit in Gasturbinen können nur über eine neue Einkristalltechnologie erreicht werden, die auf vier Kompetenzfeldern beruht:

(1) Dem Verständnis aller materialwissenschaftlichen Aspekte der Legierungsentwicklung, insbesondere des Einflusses von Gefügeinhomogenitäten im Gussgefüge und der d-Schalen-Legierungselemente auf thermodynamische Gleichgewichte, die Kinetik von Strukturbildungsprozessen und geschwindigkeitsbestimmende Erholungsschritte bei der Hochtemperaturverformung.

(2) Der konsequenten Verbesserung und Erneuerung verfahrenstechnischer Prozesse für die Einstellung spezifischer Nano- und Mikrostrukturen mit besserer Homogenität und optimierten Eigenschaften.

(3) Der Bereitstellung treffsicherer Werkstoffkennwerte durch Zugriff auf neue mechanische Prüfmethoden und mikrostrukturelle Untersuchungsmethoden.

(4) Der skalenübergreifenden Modellierung von der atomistischen über die mesoskopische zur makroskopischen Ebene, die sowohl die Prozessschritte bei der Herstellung zu verbessern hilft als auch das Werkstoffverhalten im Hochtemperatureinsatz umfassend beschreibt.



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DFG SPP 1599 "Ferroic Cooling"


Refrigeration is one of the main sinks of the German and European electricity consumption and accordingly contributes to worldwide CO2 emissions. High reduction potentials are envisaged if caloric effects in solid materials are utilized. The recent discovery of giant entropy changes associated with ferroelastic phase transformations promises higher efficiency. Ferroic transitions enhance the entropy change of magneto-, elasto-, baro- and electro-caloric effects. Furthermore, because the refrigerant is in a solid state, the technology completely eliminates the need for high global-warming potential halofluorocarbon refrigerants. The smaller footprint for operation and the scalable mechanism open up further applications such as cooling of microsystems. While the principal feasibility of magnetocaloric refrigeration is already evident, the requirement of a large magnetic field (> 2 T) hampers wide industrial and commercial applications. It is expected that this obstacle can be overcome by materials with lower hysteresis and by using other types of fields (stress, electric).
In order to accelerate research on ferroic cooling DFG decided to establish the priority program SPP 1599 in April 2011. This SPP will address the following major challenges for introducing ferroic materials in practical cooling applications: Understanding of the underlying mechanisms, energy efficiency, effect size, fatigue, and system integration.


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DFG SPP 1613 "Fuels Produced Regeneratively Through Light-Driven Water Splitting: Clarification of the Elemental Processes Involved and Prospects for Implementation in Technological Concepts"


The Priority Program (PP) 1613 “Fuels Produced Regeneratively Through Light-Driven Water Splitting: Clarification of the Elemental Processes Involved and Prospects for Implementation in Technological Concepts” (Short title: SolarH2) was established by the DFG (German Research Foundation) in 2011, following the proposal of the TU Darmstadt and other German research institutions.
In this context, fourteen research projects are being funded by the DFG, as well as a coordinator project, that aims to integrate the individual projects and thereby organize potential implementation efforts. The first funding period lasts from May 2012 till April 2015.
The priority program SolarH2 is targeted on a merging of distinct research approaches and their results involving different disciplines and expertise as
• the preparation of photoactive semiconductors and adapted device structures
• synthesis and characterization of electro catalysts
• the fundamental analysis of the involved elementary processes and their theoretical simulation
A program committee has been established from experts, which represent the different duties, responsibilities and knowledge areas of the PP. This committee supports the coordinator in the definition and realization of cooperative research actions within the PP. Regular workshops, seminars and an active internet platform shall secure the exchange of information. Intensive collaboration shall be supported by short-term cooperation projects. The cooperation and exchange of scientists with internationally designated partners will be supported to establish an international network.


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Integrated combinatorial control of thermal and electrical transport properties in silicides

Despite silicides being an integral part of several important technologies, current knowledge of their properties is still fragmented, with many phases yet to be explored and a lack of systematic determination of most relevant transport properties, such as the thermal conductivity. In the framework of the M-era.Net project „Integrated combinatorial control of thermal and electrical transport properties in silicides” we will introduce a novel method to measure the thermal conductivity of sputtered ternary silicide material libraries, in the most thorough investigation of phase stability, thermal and electric transport properties to date. Thereby a comprehensive and combined experimental and theoretical dataset of phase stabilities and transport properties will be produced. Data-mining techniques will be employed to find the underlying correlations between stability and thermal transport properties of complex phases. Furthermore, multi-phase silicides will be designed with unchanged electronic transport properties but with lattice thermal conductivities which differ by at least one order of magnitude from the original, thereby demonstrating an integrated combinatorial control of electrical and thermal transport properties in silicides.
In the framework of the project we closely work together with cooperation partners at ICAMS (Bochum), LOMA (Bordeaux, France) and CEA (Grenoble, France).


Erfolgreich abgeschlossene Projekte



Projekttitel Projekttyp
Mikrostrukturierte Ni-Ti-X-Schichten: Herstellung & Charakterisierung schaltbarer adaptiver Oberflächen DFG, SFB 459, Teilprojekt B9
Kombinatorische Entwicklung von ternären und quaternären Formgedächtnis-Schichten DFG, SFB 459, Teilprojekt C9
Einfluss der Legierungszusammensetzung und des Gefüges auf das Ermüdungsverhalten diverser Substratgebundener Al-Schichten DFG Sachbeihilfe
Nanostrukturierte magnetische Dünnschicht-Komposite für Anwendungen in der Hochtemperatur-Sensorik DFG SPP 1299
Combinatorial Development of New Ferromagnetic Shape Memory Thin Films with Improved Intrinsic Properties DFG SPP 1239
Interaction of nanostructured thin films with eukaryotic cells and Bacteria Haushaltsmittelprojekt
Herstellung und Charakterisierung nanoskaliger Formgedächtnis- Schichtobjekte - Skalierungseffekte und Grenzen der reversiblen martensitischen Transformation DFG Sachbeihilfe
Spatially resolved modeling and characterization of (de) intercalation in Li-ion battery DFG SPP 1473: WeNDeLIB - Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien

SFB 459 "Formgedächtniseffekt"

In dem Sonderforschungsbereich "Formgedächtnistechnik" (SFB 459) arbeitet eine interdisziplinäre Gruppe aus Ingenieur- und Naturwissenschaftlern zusammen. Ziel ist, das Gebiet Formgedächtnistechnik auch unter dem Gesichtspunkt der Produktinnovation und im Bereich anspruchsvoller Anwendungen im Maschinenbau und in der Medizin voranzutreiben.



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SPP 1239 "Change of microstructure and shape of solid materials by external magnetic fields"

Shape memory alloys are a class of adaptive materials, which can exhibit a reversible shape change due to temperature variation. The origin of this effect is the phase transformation between the high temperature "austenite" and the low temperature "martensite" phase. In single crystals of special magnetic shape memory materials in 1996 a further, fundamentally new actuation mechanism had been discovered in the martensite phase. It was observed, that already comparably low magnetic fields (< 1 Tesla) can be sufficient to move twin boundaries contained in the material. Since the twin boundaries are separating areas of different crystallographic orientations, their displacement leads to a reorientation of the crystal. This allows controlling the microstructure and shape of the sample by applying magnetic fields. The observed change in length of up to 10 % is, compared to magnetostrictive or piezoceramic materials, by more than two orders of magnitude higher. Due to the unique combination of very large strain, high energy density and relatively high actuation frequencies magnetic shape memory alloys thus allow novel applications which are not possible with conventional adaptive materials.



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SPP 1299 "Adaptive Oberflächen für Hochtemperatur-Anwendungen – Das „Haut“-Konzept "

Metallische und keramische Werkstoffe werden i.d.R. als „tote“ Materie betrachtet. Insbesondere bei erhöhten und hohen Temperaturen (ca. 650 – 1100°C) besitzen jedoch maßgeschneiderte Werkstoffoberflächen das Potential, wie lebende Hautsysteme auf ihre Umwelt mit spezifischen Eigenschaften zu reagieren und somit einem technischen Bauteil zu besonderen Funktionalitäten, wie z.B. einer definierten Oberflächenmikrostruktur durch lokale oder integrale Schwellung/Schrumpfung (Haifischhaut) oder Selbstreinigung bzw. Abstoßung von Ablagerungen durch mikrostrukturelle und/oder chemische Effekte (Lotus-Effekt), zu verhelfen.



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