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Gewählte Kategorie Materialwissenschaften
OLED: das strahlende Licht der Zukunft
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Infomercial der Siemens AG
Innovative Lichttechnologien lassen die Welt in neuem Glanz erstrahlen und bieten Designern und Architekten gleichzeitig bisher unbekannte Einsatzmöglichkeiten. Für das Licht von morgen hat die Siemens-Tochter Osram eine Pilotanlage für OLED-Technologien in Betrieb genommen.
Osram entwickelt derzeit OLEDs auf der Grundlage organischer Halbleiter. Diese werden in mehreren, sehr dünnen Schichten auf Glas aufgedampft. Sie sind so dünn, dass sie transparent bleiben. Der Chemiker Dr. Bernhard Stapp, bei Osram für Leuchtdioden verantwortlich, erläutert die Strategie des Herstellers. Sie richtet sich auch darauf, die OLED gemeinsam mit Lichtplanern und Designern weiter zu entwickeln. Stapp hat bei Siemens den Ruf eines Vor-und Querdenkers, der schon früh die Bedeutung der OLED-Technologie erkannt hat. Osram will sie in einer Pilotproduktion erproben, die dann bis zur Serien- und Massenfertigung führen soll.
© Siemens AG 2011
Wenn Kautschuk zu Keramik wird
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Infomercial der Wacker Chemie AG
Herkömmliche Kabel sind brennbar, das heißt, dass sie im Fall eines Brandes Kurzschlüsse verursachen und damit den Brand sogar weiter ausbreiten können. Neue Siliconkautschuke weisen jetzt den Weg zu Sicherheitskabeln für den breiten Anwendungsmarkt.
Bei sogenannten Sicherheitskabeln ist die Funktionsfähigkeit durch einen isolierenden Kabelmantel auch während eines Brandes gewährleistet. Bis vor kurzem konnten solche Kabel wegen hoher Produktionskosten nur als teure Sonderanfertigungen hergestellt werden. Der breite Einsatz im Fahrzeug- oder Werkzeugbau blieb ihnen daher verschlossen. Seit kurzem lassen sich neuartige Siliconkautschuke mit besonderen Fähigkeiten einfach auf den Kupferleiter aufbringen. Auch dieser Kautschuk-Schutzmantel „verbrennt“ zwar, allerdings entsteht keine Asche, sondern der Kautschuk verwandelt sich dabei in eine sehr harte Keramikschicht, die selbst bei Temperaturen um 1000 Grad Celsius noch ausreichend elektrisch isolierend wirkt.
Sicherheitskabel dieser Art eignen sich für den Einsatz auf Ölplattformen ebenso wie in der Fahrzeugtechnologie. Das Infomercial der Wacker AG zeigt die Herstellung dieser innovativen Sicherheitskabel für den breiten Markt.
© Wacker Chemie AG 2011
Biomechatronischer Flugapparat „SmartBird“
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Bioniker der Festo AG bauen Flügelschlag von Vögeln nach
Mit „Smart Bird“ entwickelten Bioniker erstmals ein mechatronisches Ebenbild eines Vogels. Die Leichtbau-Konstruktion überwacht ihre Flugbewegungen mit Hilfe von Sensoren analog den Sinnesorganen, ein Computer übernimmt als Steuerungseinheit die Funktion des Gehirns.
Seit Menschengedenken beobachten Visionäre, Wissenschaftler und Flugpioniere den Vogelflug. Mit der Analyse der Anatomie von Vögeln sowie ihrer Flügelbewegungen erhofften sie sich die Entschlüsselung dieses Rätsels. Sie beschäftigten sich intensiv mit der Form und Funktion des Flügels und entwarfen Modelle von Geräten, die sich – obwohl schwerer als Luft – dennoch in die Luft erheben können sollten. Dem Flugpionier Otto Lilienthal gelang es vor mehr als hundert Jahren als erstem, ein Fluggerät zu bauen, das in der Luft zumindest gleiten konnte.
Wir wissen heute, dass es nicht ausreicht, die Kunst des Fliegens nur mechanisch zu erklären. Genauso wichtig ist die permanente Bewegungssteuerung während des Fluges mit Hilfe der Sinnesorgane. Mit SmartBird entwickelten Bioniker im Rahmen des Festo Bionic Learning Network jetzt erstmals einen Flugapparat als biomechatronischen Gesamtentwurf. Die Reportage schildert den Weg der Bioniker von der Idee zum flugtüchtigen Modell.
Die Herausforderung bestand darin, dass der SmartBird wie ein Vogel in der Lage sein sollte, während des Fluges seine Flügelstellung zu verändern. Der künstliche Vogel sollte in der Lage sein, sich verändernden Strömungsverhältnissen in der Luft sofort anpassen zu können.
Dafür ist eine bionische Leichtbau-Mechanik erforderlich, die mit elektrischer Antriebstechnik sowie mit in Echtzeit arbeitender Steuerungs- und Regelungstechnik ausgestattet ist. Sie überwacht und optimiert den Flügelschlag permanent beim Fliegen. Vor- und Auftrieb von SmartBird werden ausschließlich durch das Schlagen der Flügel erzeugt und benötigen nur 23 Watt Leistung. Mit einem Gesamtgewicht von nur 485 Gramm hat die mövenähnliche Flugmaschine eine Flügelspannweite von zwei Metern. Dabei erreicht sie einen aerodynamischen Wirkungsgrad von bis zu achtzig Prozent.
2011 gelang es dem Team erstmals, den künstlichen Vogel erfolgreich fliegen zu lassen.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Wie aus Quarzitgestein Silicium wird
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Infomercial der Wacker Chemie AG
Silicium ist das Basismaterial der modernen Mikroelektronik und kommt auch in der Photovoltaik zum Einsatz. Dieser Bericht zeigt, wie mit Hilfe modernster Verfahrenstechnik aus dem Mineral Quarzit ein wertvoller Industrie-Rohstoff entsteht.
Silicium ist ein weit verbreitetes chemisches Element, aber es kommt in der Natur nicht elementar vor, doch in seiner Verbindung mit Sauerstoff ist es allgegenwärtig. Das Besondere am Silicium liegt in seinen Eigenschaften als Halbleiter. Die elektrischen Eigenschaften lassen sich – im Gegensatz zu anderen Materialien – auch im großtechnischen Herstellungsprozess exakt einstellen. Silicium ist dadurch zum grundlegenden Material für die moderne Elektronik geworden. Auch in der Photovoltaik spielt Silicium eine große Rolle.
Will man aus Quarzit reines Silicium gewinnen, muss man ihm den Sauerstoff entziehen. Dies geschieht in einem energieintensiven Prozess, bei dem Quarzit zusammen mit Kohlenstoff (aus Kohle oder Holz) auf etwa 1.800 °C erhitzt wird. Der Kohlenstoff verbindet sich dann mit dem Sauerstoff des Quarzits zu Kohlendioxid und übrig bleibt Rohsilicium mit einer Reinheit von 98 bis 99 Prozent. Das Rohsilicium wird gemahlen und anschließend in einem Reaktor mit gasförmigem Chlorwasserstoff, HCl, zu flüssigem Trichlorsilan umgesetzt. Dieses Zwischenprodukt wird destilliert und dadurch von Verunreinigungen befreit. Aus der hochreinen Flüssigkeit werden dann Stäbe aus reinstem polykristallinem Silicium (Polysilicium) gewonnen. Es ist so sauber, dass auf eine Milliarde Siliciumatome nur noch ein Fremdatom kommt.
Das Infomercial zeigt den Prozess der Silicium-Herstellung und gibt Einblick in unterschiedliche Einsatzbereiche des wertvollen Materials.
© Wacker Chemie AG 2010
i-flow: Chemie-Forschung für das Auto der Zukunft
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Infomercial der BASF AG
Hyundai und BASF haben auf dem Genfer Automobilsalon ihr gemeinsam entwickeltes Konzeptauto i-flow vorgestellt. Gemeinsames Ziel ist es, mit einem innovativen Konzept einen Beitrag zur Schadstoffreduzierung in der Automobilindustrie zu entwickeln.
Der Dieselmotor des i-flow ist mit einem Hartschaum-Isolationssystem aus Polyurethan umkapselt. Das ist vor allem im Bereich von Kurzstrecken, also im Stadtverkehr, von Bedeutung, denn Motoren kommen nur langsam auf Betriebstemperatur und kühlen schnell wieder ab. Die thermische Motorkapselung mindert diesen Effekt und reduziert so den Kraftstoffverbrauch und damit auch die Umweltbelastung. Zusätzlich wird die Wärme des Abgassystems mittels Thermoelektrik in elektrische Energie umgewandelt und unterstützt auf diese Weise das Bordnetz. Das alles senkt den Treibstoffverbrauch deutlich.
Das Konzept von i-flow zielt weiter darauf ab, so viel Gewicht wie möglich durch den Einsatz von Kunststoffbauteilen einzusparen, um auch über reduziertes Gewicht die Umwelt zu entlasten. Ein Beispiel dafür ist der Ressourcen schonende Einsatz von stabilen Leichtbau-Werkstoffen für das Sitzgestell des i-flow aus Polyamid, das zu 60 % aus erneuerbaren Rohstoffen gefertigt wird. Das Feuchtigkeit absorbierende Kunststoff-Gewebe in den Sitzen sorgt zudem dafür, dass die Insassen auch im Sommer angenehm klimatisiert reisen. Ein weiterer Beitrag zum Umweltschutz ist die hochglänzende Liquid-Metal-Effektlackierung auf Wasserbasis-Technologie.
© BASF SE 2010
Haifischhaut für Flugzeuge
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Der Biologie abgeschaut: Lack zur Reduzierung des Strömungswiderstandes
Es gibt nicht nur einen Grund, den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen und Schiffen zu senken. Es reduziert Kosten, ist aber auch ein Beitrag zum Klimaschutz durch Absenkung des CO2-Ausstoßes. Die Reduzierung des Strömungswiderstandes ist auch in der Luft und auf dem Wasser ein probates Mittel dafür. Um solche – heute schon strömungsoptimierte Formen – weiter zu verbessern, ist es notwendig, die Mikrostruktur der Oberfläche zu verändern. Der vor über 30 Jahren entdeckte Riblet-Effekt bei Haien kann hier weiterhelfen. Er beschreibt die nur Mikrometer tiefen Längsrillen, die das Strömungsverhalten des Hais optimieren. Diese biologische Methode ist auch die Grundlage für eine Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. Dr. Vokmar Stenzel, Yvonne Wilke und Manfred Peschka haben einen Lack samt Applikationstechik entwickelt, der den Strömungswiderstand von Flugzeugen verbessert.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2010
Starkes Duo: Keramik und Diamant
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Fraunhofer-Institut entwickelt neuartige Beschichtung für Bauteile und Werkzeuge aus Keramik
Ein Material mit hohem Verschleißschutz zu entwickeln, war das Ziel eines Teams aus Forschung und Industrie. Ihre Lösung verleiht besonders beanspruchten Werkzeugen und Bauteilen eine längere Lebensdauer bei verbessertem Einsatzverhalten. Die grundlegende Idee war es, die Eigenschaften von Keramik mit denen von Diamant zu verbinden. Möglich wurde die Umsetzung dieser Idee durch Entwicklungen am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. Dr. Mathias Herrmann und sein Team verbesserten die Haftfähigkeit der Diamantbeschichtung auf Keramik-Oberflächen. Damit konnten Dr. Lothar Schäfer und Dr. Markus Höfer vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig in einem aufwändigen Prozess Gleitringdichtungen mit dem härtesten aller Stoffe beschichten. Das Material bestand bei der Firma Eagle Burgmann, einem der weltweit führenden Hersteller von Dichtungen, den Belastungstest bereits erfolgreich. Die Kombination von Keramik und Diamant ist künftig für viele Anwendungen denkbar – zum Beispiel für Komponenten im Maschinenbau oder für Werkzeuge mit besonders hohem Verschleiß.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2010
