Geballtes Partikelwissen in Nürnberg versammelt

Kleine Teilchen stehen alle drei Jahre in Nürnberg im Mittelpunkt – bei der Weltleitmesse für Partikel- und Pulvertechnologie, POWTECH, sowie dem weltweit sichtbarem wissenschaftlichen Forum für Partikeltechnologie, PARTEC. In diesem Jahr finden die beiden Veranstaltungen von Dienstag, 19. April, bis Donnerstag, 21. April, auf dem Gelände der NürnbergMesse statt.

Nicht fehlen dürfen dabei die Partikeltechnologie und die Verfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU): Sie präsentieren an einem Gemeinschaftsstand des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials (EAM) unter dem Motto „Partikel@FAU“ neueste Erkenntnisse aus der Partikeltechnologie, der additiven Fertigung, der Katalyse und der Analytik und prägen mit 15 wissenschaftlichen Vorträgen das Programm der PARTEC.

Für einen großen Teil unserer Alltagsprodukte sind Partikel essenziell – sei es als Ausgangsmaterial oder während des Herstellungsprozesses. Der Grund: Stoffe verändern ihre Eigenschaften mit der Größe – sie haben beispielsweise andere Farben, Schmelzpunkte oder elektrische Leitfähigkeiten.

Teilchen mit einer Größe von wenigen Nanometern bis zu mehreren zehn Mikrometern dienen als Legosteine für innovative Materialien, die in Batterien, druckbaren Solarzellen, neuartigen Katalysatoren oder Bauteilen der additiven Fertigung ihren Einsatz finden. In Erlangen arbeiten in einem einzigartigem Ansatz die methodisch orientierten Querschnittsdisziplinen Partikeltechnologie, Nanoanalyse und Mikroskopie sowie Modellbildung und Simulation, welche von verschiedenen technischen und naturwissenschaftlichen Fachrichtungen getragen werden, interdisziplinär in Forschungsverbünden eng zusammen, die auch außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und die Industrie einschließen.

Dieses Zusammenspiel unterschiedlichster Akteure und Disziplinen ermöglicht es, anwendungsnahe Produktlösungen für den rasant wachsenden Markt der Partikeltechnologie zu finden und entlang von Prozessketten – Stichwort vom Molekül zum Produkt – Materialien mit revolutionär neuen Eigenschaften zu entwickeln. Die großen Forschungsfelder, die von den Wissenschaftlern der FAU in Halle 3, Stand 406 im Sonderbereich „Generation Zukunft“ für die Forschung präsentiert werden, sind die Partikelbildung, die additive Fertigung, die Analytik und Charakterisierung sowie die Katalyse.

Partikeleigenschaften: eine Frage der Größe und Oberfläche

Die Teilchen werden sowohl in Bottom-up-Verfahren, zum Beispiel durch Fällung oder Kristallisation, als auch in Top-down-Verfahren, das heißt durch Zerkleinerung, Emulgieren oder Versprühen, in flüssiger und gasförmiger Phase hergestellt. Dabei wird die Größe und Oberfläche der Partikel so verändert, dass Eigenschaften maßgeschneidert zu den jeweiligen Anwendungen passen.

Auf der Messe zeigen der Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik sowie das Interdisziplinäre Zentrum für funktionale Partikelsysteme aktuelle Arbeiten – zum Beispiel Halbleiternanopartikel, sogenannte Quantenpunkte mit wenigen Nanometern im Durchmesser, welche mittels eines neuen automatisierten, roboterunterstützten Syntheseverfahrens hergestellt werden. Die Quantenpunkte weisen so bei einem hohen Probendurchsatz eine gleichbleibend hohe Qualität auf. Außerdem werden Polymerpartikel in Mikrometer-Größe gezeigt, aus denen an der FAU Bauteile mit Hilfe der additiven Fertigung bis zu einer Größe von etwa 60 x 40 x 50 Zentimetern entstehen.

Additive Fertigung: beliebige Formen aus dem „Drucker“

Additive Fertigung nennen Fachleute das, was im Alltag 3D-Druck genannt wird. Diese Technologie ermöglicht es, Bauteile in nahezu beliebiger Form aus Kunststoff oder Metall herzustellen, und zwar ohne dass dafür spezifische Werkzeuge oder Formen nötig sind. Auf der Messe zeigt der Sonderforschungsbereich 814 – Additive Fertigung, wie sich Bauteile aus einer oder auch mehreren Komponenten in gewünschter Qualität herstellen lassen.

Insbesondere geht es um Verfahren, bei denen Kunststoff- oder Metallpulver Schicht für Schicht mithilfe eines Lasers oder Elektronenstrahls zu einem komplexen Bauteil verschmolzen werden. Dabei betrachten die Wissenschaftler die komplette Prozesskette von der Pulverherstellung über die jeweiligen pulver- und strahlbasierten Prozesse bis hin zum dreidimensionalen Bauteil, um so das Verständnis der Teilprozesse systematisch zu vertiefen. Neben der experimentellen Analyse werden die Teilprozesse auch modelliert und simuliert, um zukünftig zum Beispiel Bauteileigenschaften vorhersagen zu können.

Analytik und Charakterisierung: Augen auf im Nanobereich

Eigenschaften und Einsatzbereiche von Nanopartikeln hängen stark von deren Größe und Oberflächenstruktur ab. Daher ist es unerlässlich, dass während des Herstellungsprozesses laufend untersucht wird, wie sich Parameter wie Größe, Form und Struktur der Partikel im Prozess und während der Herstellung entwickeln. Die Erlanger Forscher verfügen dafür über eine ganze Reihe an Methoden, die eine Analyse im Größenbereich zwischen Nano- bis Zentimetern zulassen.

Eine spezielle Ultrazentrifuge, in der die Nanoteilchen Kräften ausgesetzt werden, die bis zu 250.000-mal höher als die Schwerkraft sind, dient dazu, Größe, Form und optische Eigenschaft detailliert zu bestimmen. In Zusammenarbeit mit dem Center for Nanoanalysis and Electron Microsopy werden an der FAU höchst auflösende analytische Methoden für partikuläre Systeme entwickelt. Besucher der Messe bekommen mit einem Demonstrationsgerät des Lehrstuhls für Technische Thermodynamik einen Einblick wie Partikel in Flammen entstehen. Mit dem Gerät lassen sich verschiedene Partikelmerkmale mit laseroptischen Methoden als Online-Messung in der Gasphase und in Echtzeit bestimmen.

Katalyse: Schwamm drüber – wirbeln statt tränken

Neuartige beschichtete Katalysatoren werden am Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, unterstützt vom Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik, in Wirbelschichten entwickelt. Die Idee dabei ist, dass Flüssigkeiten, in denen relativ teure Metallkatalysatoren gelöst sind, möglichst effektiv für selektive chemische Reaktionen genutzt werden.

Die Forscher wollen dies erreichen, indem sie einen dünnen Film auf die große innere Oberfläche poröser, also schwammartiger, Trägermaterialien verteilen. Dadurch werden sowohl die Flüssigkeit als auch der Katalysator vollständig genutzt. Mit dieser Technologie wollen Wissenschaftler Funktionsmaterialien mit einer bisher nicht erreichten Selektivität und Effizienz entwickeln. Einsatzgebiete ergeben sich hauptsächlich im Bereich der Katalyse und Gasreinigung, aber auch der Medizin und Sensorik. Weltweit dürfte der Markt für solche Katalysatoren und Adsorbentien im zweistelligen Milliardenbereich liegen.

Partikel@FAU

Partikel@FAU – unter diesem Schlagwort vereint die FAU auf der Messe POWTECH 2016 Themen und Exponate im Bereich Partikeltechnologie und Verfahrenstechnik. Die Universität ist in Halle 3, Stand 406 im neuen Sonderbereich „Generation Zukunft“, in dem Hochschulen und Institutionen ihre Forschungsprojekte vorstellen, mit folgenden Einrichtungen vertreten: Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik (LFG), Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT), Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik (CRT), Sonderforschungsbereich 814 – Additive Fertigung sowie Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) mit seinen drei verstetigten Einrichtungen Interdisziplinäres Zentrum für Funktionale Partikelsysteme (FPS), Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM) sowie das Zentralinstitut für Scientific Computing (ZISC).

Informationen rund um die Messe: www.powtech.de/de/besucher 
Informationen rund um die FAU-Aussteller: www.eam.fau.de/powtech2016

Kontakt:
Dr. Annette Tyrach
Tel.: 09131/85-20840
annette.tyrach@fau.de