Klimawandel, Umweltverschmutzung und ein steigender Energieverbrauch sind nicht nur Herausforderungen unserer Zeit, auch treiben sie den technologischen Fortschritt voran. Diese Innovationskraft wirkt sich ebenso auf die Entwicklung neuer Materialien aus. Denn Materialien mit speziellen Eigenschaften können nicht nur dabei helfen, die Effizienz einer Technologie zu steigern, sondern durch verbesserte Zuverlässigkeit und Langlebigkeit auch Fortschritte in der Nachhaltigkeit ermöglichen.

Andreas Limbeck, Leiter der Forschungsgruppe Oberflächen-, Spurenanalytik und Chemometrie an der TU Wien, wird daher zukünftig gemeinsam mit den Industriepartnern Infineon Technologies Austria AG, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster und Voestalpine Stahl GmbH, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster an der Entwicklung neuer Analysemethoden arbeiten, mit denen sich die exakte Zusammensetzung von Hochleistungsmaterialien sowie die räumliche Verteilung von Dotierungen, Additiven und Kontaminationen bestimmen lässt. Die Zusammenarbeit erfolgt im Rahmen des heute eröffneten Christian Doppler Labors für Chemische Analyse von Materialien aus industriellen Prozessen und Anwendungen und wird vom Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (BMAW) gefördert.

Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher erläutert die Bedeutung des neuen CD-Labors: „Die nachhaltige Transformation stellt uns vor viele neue Herausforderungen in der Energiegewinnung, der Mobilität oder auch in der Infrastruktur. Viele Branchen sind auf die Verfügbarkeit von Hochleistungsmaterialien mit sehr spezifischen Eigenschaften angewiesen. Die grundlegende Erforschung ihrer chemischen Struktur und Zusammensetzung schafft die Basis für die weitere Entwicklung von zuverlässigen Materialien mit genau definierten Eigenschaften. Mit dem Ausbau der Forschung werden wichtige Voraussetzungen geschaffen, um die Transformation zu fördern. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten für die produzierenden Betriebe und der Innovationsstandort wird zusätzlich gestärkt.“

Analytische Methodenentwicklung

Hochleistungsmaterialien wie Legierungen, Keramiken, synthetische Polymere oder Verbundwerkstoffe verfügen über außergewöhnliche Eigenschaften und kommen in anspruchsvollen Bereichen wie Energiegewinnung oder Infrastruktur zum Einsatz. Da die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Materialien eng mit deren chemischer Zusammensetzung verbunden sind, ist für die Optimierung der Materialien eine umfassende analytische Charakterisierung unerlässlich. An dieser Stelle setzt das jüngst eröffnete Christian Doppler Labor an: „Wir möchten einerseits neue und individuell anpassbare Methoden entwickeln, mit denen sich die elementare Zusammensetzung von Hochleistungsmaterialien mit hoher Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung untersuchen lässt. Andererseits möchten wir mehr über den Einfluss von Alterungsprozessen auf die Materialeigenschaften herausfinden“, sagt Laborleiter Andreas Limbeck. Dieses Wissen wird schließlich genutzt, um die Herstellung bzw. Funktionalität der Materialien zu verbessern.

Hochleistungsmaterialien werden unter anderem für Anwendungen mit sehr anspruchsvollen Betriebsbedingungen (z. B. erhöhte Temperatur, korrosive Gase, elektrische Felder, …) verwendet. Dies erfordert oft eine Anpassung der Materialeigenschaften durch Zugabe von Dotierstoffen bzw. Additiven oder durch Beschichtung der Oberfläche mit einem inerten, also kaum chemisch reagierenden, Material. Aufgrund der stetig steigenden Anforderungen im Bereich der Materialcharakterisierung, wie beispielsweise einer besseren Empfindlichkeit, einer höheren räumlichen Auflösung und anderen Aspekten, ist die erforderliche Kontrolle der chemischen Zusammensetzung mit etablierten Analyse-Techniken aber nur bedingt möglich. Im Rahmen dieses CD-Labors sollen daher bestehende Verfahren wie Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS), Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma in Kombination mit Laser-Ablation (LA-ICP-MS), Sekundär-Ionen-Massenspektrometrie (SIMS) sowie elektrochemische Ansätze für eine verbesserte Charakterisierung von Hochleistungswerkstoffen adaptiert und weiterentwickelt werden.

Materialien besser verstehen

Mit Hilfe von innovativen Stresstests und sogenannten Bewitterungs-Methoden sollen tiefreichende Einblicke über die Alterung der Materialien unter definierten, praxisnahen Bedingungen gewonnen werden. „Materialien können sich im Laufe der Zeit in ihrer chemischen Zusammensetzung ändern, beispielsweise durch Korrosionsprozesse, was einen Einfluss auf ihre Eigenschaften hat. Im Labor können wir den Alterungsprozess beschleunigen und so untersuchen, wie sich die Veränderungen auf die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Materialien auswirken“, erklärt Limbeck. Entsprechend kann das Zusammenspiel zwischen Materialeigenschaften und der chemischen Zusammensetzung umfassend untersucht werden.

Über Christian Doppler Labors

In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Wissenschaftler_innen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW).

Rückfragehinweis

Prof. Andreas Limbeck
Technische Universität Wien
Forschungsgruppe Oberflächen-, Spurenanalytik und Chemometrie
+43 1 58801 15180
andreas.limbeck@tuwien.ac.at

Aussenderin:

Sarah Link, M.A.
PR und Marketing
Technische Universität Wien
+43 664 605882412
sarah.link@tuwien.ac.at