norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.
Charakterisierung durch diverse Analysen; rheologische Untersuchungen, Untersuchungen an Fehlchargen; Erstellung einer messtechnisch kontrollierbaren Grundlage.Ressourcenschonung.
Ziel des Vorhabens ist die Erforschung der Herstellungs-, Einsatz- und Verwertungsbedingungen großer Folienkondensatoren für die Gleichstrom-Übertragung, durch Einsatz neuartiger Polymerfolien als Dielektrikum, zur Erhöhung der Energiedichte und zur Senkung der Eigenerwärmung. Vom Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) werden hierfür im Labormaßstab Folienmaterialien hergestellt, charakterisiert und zu Folien weiterverarbeitet. Zur Materialherstellung werden die Ansätze alternativer Polymermischungen ('Blends') und mit anorganischen, nanoskaligen Füllstoffen versetzte Kunststoffe ('Nano-Compounds') verfolgt. Beide Routen gilt es hinsichtlich der erreichten Zieleigenschaften und Anwendungstauglichkeit zu charakterisieren, zu optimieren und Wechselwirkungen entlang der Prozesskette aufzudecken. Konkret werden zunächst verschiedene Konzepte zur Einarbeitung der Füllstoffe im Doppelschneckenextruder verfolgt. Die Materialien werden dann hinsichtlich Homogenität, Füllstoffverteilung und (di)elektrischen Zieleigenschaften charakterisiert. Zudem werden die Blends/Compounds zu Folien weiterverarbeitet. An den Folien erfolgen thermische, mechanische, rheologische und (di)elektrische Untersuchungen. Zudem werden die Morphologie und Oberflächenbeschaffenheit geprüft, um ggf. Rückschlüsse auf eine Metallisierbarkeit zu ziehen. Das Zielmaterial wird dann aus dem Labor in einen seriennahen Prozess im großtechnischen Maßstab überführt.
Zur Erschließung anthropogener Phosphorquellen wurde ein innovativer Prozess entwickelt, in dem Klärschlammasche zu Phosphordünger umgewandelt wird. Die erforderliche Entfernung der Schwermetalle erfolgt in hoch Chlor- oder Chlorwasserstoffhaltigen Atmosphären bei 1000 C. Zur wirtschaftlichen Umsetzung dieses Verfahrens muss ein Ofenwerkstoff verwendet werden, der unter den extrem korrosiven Bedingungen beständig ist. Solche Werkstoffe sind derzeit nicht verfügbar. Im IGF-Vorgängerprojekt 224 ZN wurde die Eignung korrosionsfester Speziallegierungen und keramischer Werkstoffe auf Siliciumcarbid- und Korundbasis für den Prozess untersucht. Einzig Korund wies die erforderliche Beständigkeit auf. Aufgrund seiner Bruchanfälligkeit und der daraus resultierenden sicherheitsrelevanten Bedenken ist reiner Korund jedoch für den großtechnischen Prozess ungeeignet, so dass die Materialfrage noch immer als ungelöst gilt. Im Rahmen dieses Projektes soll die nachgewiesene Beständigkeit des Korunds mit den hervorragenden Materialeigenschaften metallischer Werkstoffe kombiniert werden. Dazu wird eine geeignete Basislegierung mittels thermischer Spritzverfahren mit Korund beschichtet. Zur Verbesserung der Haftung der keramischen Schicht wird eine korrosionsbeständige Haftvermittlerschicht aus einer neuartigen Ni-Al-Mo-Legierung eingesetzt. Die beschichteten Werkstoffe werden in Langzeitkorrosionsversuchen bei 1000 C unter Luft mit 10Prozent Cl2 bzw. 20Prozent HCl sowohl statisch als auch unter abrasiver Belastung ausgelagert und metallkundlich untersucht. Anhand der Ergebnisse wird das Schutzschichtsystem optimiert und damit eine zentrale Voraussetzung für eine groß-technische und wirtschaftlich erfolgreiche Umsetzung des Prozesses erfüllt, mit dem zukünftig neue Märkte erschlossen werden können. Die apparatetechnische Anwendung der entwickelten Werkstofflösung bedeutet für deutsche Firmen einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil auf dem internationalen Markt.