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Dünn, robust, flexibel

Die Universität Siegen ist an einem Forschungsprojekt zu so genannten „2D-Nanomaterialien“ beteiligt. Die Wissenschaftler*innen wollen die High-Tech-Stoffe für die industrielle Massenproduktion nutzbar machen.

Ein Smartphone, das sich zusammenrollen oder falten lässt, wie ein Blatt Papier. Was für den Laien ein bisschen nach Harry Potter klingt, könnte es in Zukunft tatsächlich geben. Eine besondere und noch relativ neue Material-Gruppe macht das möglich: 2D-Nanomaterialien sind nur eine Atomlage dünn, gleichzeitig aber extrem robust und flexibel. „Diese neue Klasse von Materialien hat sehr spannende elektronische Eigenschaften,“ erklärt Prof. Dr. Max Lemme vom Siegener Lehrstuhl für Graphen-basierte Nanotechnologie. „Wenn es gelingen würde, mit diesen 2D-Materialien in der Industrie zu fertigen, dann wäre das eine kleine Revolution. Dann wären ganz neue Dimensionen denkbar.“

Genau daran arbeiten die Wissenschaftler*innen im kürzlich gestarteten Projekt „HEA2D“. Neben der Universität Siegen sind daran auch die Universität Duisburg-Essen und verschiedene Unternehmen und Institute beteiligt. Das Ziel ist es, 2D-Nanomaterialien für die industrielle Massenproduktion nutzbar zu machen. Dazu muss zunächst eine durchgängige Verarbeitungskette erstellt werden: Von der Material-Gewinnung bis zur fertigen Anwendung. „Wir müssen lernen, mit den Stoffen umzugehen und sie im Rahmen von Industrieverfahren zu verarbeiten,“ sagt Prof. Lemme. „Aktuell hakt es noch an vielen Stellen: Zum Beispiel müssen wir Wege finden, die Stoffe von einer Oberfläche auf eine andere zu übertragen.“

Gleichzeitig sollen die Materialien im Rahmen des Projektes an konkreten Anwendungen demonstriert werden. Lemme und sein Team wollen dazu einen Photodetektor entwickeln; also ein elektronisches Bauteil, das Licht in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Zum Einsatz kommen Photodetektoren schon in Autospiegeln, die sich selbst dimmen, wenn von hinten das Licht eines anderen Autos einfällt. Mit Hilfe der 2D-Nanomaterialien könnten die Bauteile möglicherweise deutlich günstiger hergestellt werden und sie wären flexibel, also auf beliebigen Oberflächen einsetzbar.

Bis dahin sei es aber noch ein weiter Weg, sagt Lemme: „Im ersten Schritt geht es darum, mögliche Nutzungen zu zeigen. Unsere Forschung hat zwar einen konkreten Anwendungsbezug – vom tatsächlichen Produkt sind wir aber noch sehr weit entfernt.“ Auch die faltbaren Smartphones wird es so bald wohl noch nicht zu kaufen geben: „Wir setzen große Hoffnungen in die neuen 2D-Materialien und arbeiten enthusiastisch daran, sie weiterzuentwickeln. Aber aktuell denken wir da noch sehr im Konjunktiv“, betont Lemme.

Das Projekt „HEA2D“ ist auf drei Jahre angelegt. Es handelt sich um ein so genanntes „Leitmarktprojekt“ des Landes NRW. Gefördert wird es mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Sämtliche Projektpartner sitzen in Nordrhein-Westfalen: Neben den Universitäten Siegen und Duisburg-Essen gehören dazu auch die Unternehmen AIXTRON und Coatema Coating Machinery GmbH sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie und das Kunststoff-Institut Lüdenscheid.