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Traditionell werden Katalysatoren großtechnisch überwiegend als regellose Schüttungen einfacher Formkörper (Pellets, Extrudate, Tabletten) eingesetzt. Die heutigen Fertigungsverfahren für diese Formkörper ermöglichen ausschließlich einfache äußere geometrische Strukturen und nur eine sehr eingeschränkte Gestaltung der Geometrie des Formkörperinnenraums.

Fotokatalytisch aktive Membranen auf Spinnenseidenproteinbasis – überarbeiteter Antrag

Das Konzept sieht vor, fotokatalytische Durchflussmembranen herzustellen, die eine hohe Ausbeute und eine beliebige Skalierung der Wasserstoffproduktion ermöglichen. Als Basismaterial dienen Spinnenseidennanovliesmembranen, die sich durch ihre außergewöhnlich guten mechanischen Eigen­schaften und ihre biologische Abbaubarkeit auszeichnen und bestens als Trägermaterial geeignet sind. Da es sich um rekombinant hergestellte Spinnenseidenproteine handelt, die bereits im Tonnenmaß­stab hergestellt werden können, ist eine gentechnische Modifizierung einfach zugänglich. An derart modifizierten Spinnenseidenmembranen sollen dann die Fotokatalysatoren kovalent und orts­spezifisch gekoppelt werden, um eine maximale katalytisch-aktive Oberfläche zu generieren.

Neben bereits etablierten Nanopartikeln (TiO₂-Nanopartikel) sollen neue Halbleiteroxide (nano­strukturierte Strontiumtitanate mit hohen Oberflächen für hohe fotokatalytische Effizienzen) hergestellt werden, um die Absorption von sichtbarem Licht zu gewährleisten. Dabei sollen vor allem kostengünstige und nachhaltige Synthesen bei niedrigen Temperaturen genutzt werden, da bisher bekannte Synthesen hohe Temperaturen (> 600 °C) für mehrere Tage erfordern.

Innovative Tiegelsysteme zur Herstellung von extrem sauerstoffreduzierten Czochralski-Siliziumeinkristallen für die Leistungselektronik (X-treme)

Für leistungselektronische Bauelemente werden Siliziumkristalle mit extrem niedrigen Sauerstoffgehalten benötigt, die derzeit nur mittels der teuren Floating-Zone-Technologie hergestellt werden können. 

Mikroskopische Mechanismen der Ladungsstabilisierung in elektrisch geladenen Fein-Faser-Elektretmaterialien (MIKROLAST-EFFEKT)

In diesem Projekt wird ein Technologiekonzept zur Herstellung von synthetischen Filtermedien mit herausragenden Eigenschaften entwickelt. Die Hauptprojektidee beinhaltet eine gezielte Steuerung der Ladungsstabilität und der Ladungsdichte in elektrostatisch aufgeladenen Polymerfasern durch eine Kombination von physikalischen und chemischen Methoden.

Um das umzusetzen, werden die Mechanismen der Ladungsspeicherung und des Ladungstransports in Meltblown-Polymerfasern untersucht. Dabei werden Folien, einzelne Fasern und Meltblown-Vliese in Koronaentladung aufgeladen und die Entladungsprozesse werden unter Einfluss von externen Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lösungsmitteldämpfen systematisch untersucht. Damit gewonnene Kenntnisse über den Ladungstransport werden für die Entwicklung von Ladungsstabilisierungsmethoden eingesetzt. Auf mikroskopischer Ebene bedeutet es, dass die Ladungsträger selektiv in tiefen Haftstellen gespeichert und die Polymermaterialien so modifiziert werden, dass zusätzlich zu den bestehenden Haftstellen neue tiefe Haftstellen entstehen.

Die beiden Lösungswege werden durch thermische Behandlung, Optimierung der Ladungsprozesse, Oberflächenmodifizierung von Vliesen und Granulat und durch Zugabe von Additiven mittels Compoundierung realisiert. Die entwickelten technologischen Ansätze werden für die Fertigung von seriennahen Demofiltervliesen verwendet, die unter Serienbedingungen in Meltblown-Prozessen geprüft und validiert werden.

Multi-Axicon-Array-basierte Optiksysteme für die ultrakurzpulslaserbasierte Mikrofertigung (MAORI)

Die Multistrahlbearbeitung stellt derzeit eines der vielversprechendsten Forschungsgebiete der Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser) dar, um die steigende industriell verfüg­bare Laserleistung der UKP-Laser in effizienten und kalkulierbaren Bearbeitungsprozessen einzusetzen. Forschungsarbeiten dazu befassen sich aber vornehmlich mit der Verwendung von herkömmlichen Gaußprofilen. Demgegenüber sind aktuell der Vervielfältigung von Besselstrahlen, einer attraktiven Variante der Strahlpropagation und Intensitätsverteilung, mit aktuellen optischen Systemen enge Grenzen gesetzt. Das Projekt soll diese Lücke schließen.

Die hier adressierten grundlegenden Untersuchungen umfassen sowohl laseroptische Simula­tionen zu Strahl- und Propagationseigenschaften als auch experimentelle Untersuchungen mit eigens zu realisierenden laseroptischen Aufbauten. Dabei gilt es neben grundlegenden Strahl­propagationseigenschaften auch Intensitätsverläufe entlang des laseroptischen Pfades innerhalb einer laseroptischen Produktionsanlage zu bewerten, um mögliche Schäden an optischen Komponenten zu vermeiden. Hierdurch liefern die adressierten Forschungsarbeiten durch die Realisierung optischer Elemente und innovativer Systemkonfigurationen sowohl signifikante Beiträge zur (Mikro-)Optik als auch zu innovativen Systemarchitekturen für Optikanwendungen in der Mikromaterialbearbeitung als effiziente Produktionstechnologie.