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Materialchemie
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Material- und Oberflächentechnologien
Wir beschäftigen wir uns mit der Entwicklung neuartiger Technologien, um die Eigenschaften von Materialien und Oberflächen für gezielte Anwendungen maßzuschneidern. Damit erhöhen wir z.B. die Biokompatibilität von Oberflächen oder verbessern die Stabilität von Legierungen in aggressiven Medien, die als Elektroden in Elektrolyseuren eingesetzt werden. Zudem untersuchen wir die Sicherheitsaspekte der Materialtechnologien, wie z.B. bei der Analyse von Röntgenemissionen bei Laser-Oberflächenbehandlungen.
Bei den metallischen Werkstoffen können wir die Prozesskette vom Pulver/Granulat über den Schmelzprozess bis hin zur thermischen Nachbehandlung komplett abbilden. Für die Strukturierung und Funktionalisierung derer Oberflächen wenden wir laserbasierte, nasschemische und elektrochemische Techniken an. Uns stehen für die Charakterisierung und Bewertung der funktionellen Eigenschaften, fortgeschrittene elektrochemische, mikroskopische und spektroskopische Methoden zur Verfügung. Wir wenden diese Techniken oft in gekoppelter Form und - wenn möglich - immer in situ / in operando an, um durch die Erfassung der Daten während des Geschehens ein besseres mechanistisches Verständnis der Prozesse zu erlangen.
Obwohl wir bei Metallen und Legierungen zu Hause sind, lassen sich unsere Methoden auch auf andere Materialklassen wie Polymere oder Keramiken anwenden, die wir oft als funktionelle Schichten untersuchen. Aktuell setzen wir unsere Material- und Methodenkompetenz für den Aufbau von Material Acceleration Platforms (MAPs) ein. In unseren MAPs integrieren wir Module zur Materialsynthese, -charakterisierung und -prüfung durch Automatisierung in zirkulären, selbstlernenden Optimierungsschleifen und nutzen dabei künstliche Intelligenz (KI) für effiziente und autonome Versuchsplanung, Eigenschaftsvorhersage und Datenanalyse.
Projekte
RoeLaMat - Beiträge für eine Normentwurfsvorlage im Hinblick auf die Erzeugung unerwünschter Röntgenstrahlung bei der Ultrakurzpulslaser-Materialbearbeitung (P-6241)
CorRobot - ML-driven optimization of corrosion inhibitor mixtures with an automated platform (PA-00012848)
BioCombs4Nanofibers - Antiadhesive Bionic Combs for Handling of Nanofibers (P-6428)
Untersuchung möglicher medizinischer und beruflicher Expositionen durch ionisierende Strahlung bei der Anwendung von Ultrakurzpuls-Lasern (UKP-Lasern) in der Zahnheilkunde (ab 04/24)
Weiterführende Informationen
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Kompetenzen
- Automatisierung von Prozessen in der Materialsynthese, -charakterisierung und Datenanalyse
- Mikro- und Nanostrukturierung von Metallen, Halbleitern, dielektrischen Materialien und Verbundwerkstoffen mit Femtosekunden- und Nanosekunden-Laserpulsen
- Synthese, thermische Behandlung und Charakterisierung von Legierungen
- Galvanische Abscheidung komplexer Legierungen
- Hochdurchsatz-Korrosionsanalyse mittels multielektrodenbasierter Techniken
- Analyse von Korrosion und mikrobiell beeinflussten Korrosionsprozessen (MIC) mittels in-situ spektro-elektrochemischer Methoden
- Untersuchung von Korrosionsprozessen unter kombinierter mechanisch/korrosiver Beanspruchung
- Einsatz von laserbasierten Technologien zur Reinigung und Dekontamination, insbesondere zur Erhaltung von Kulturgütern
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Arbeitsschwerpunkte
- Entwicklung von Material Acceleration Platforms (MAPs) für elektrochemische Prozesse (Korrosionsschutz und Elektrokatalyse)
- Untersuchung der Wechselwirkungsmechanismen von kurzen und ultrakurzen Laserpulsen mit Materialien, unter anderem zur Nanostrukturierung
- Lasersicherheit, Analyse von Röntgenemissionen bei Laser-Oberflächenbehandlungen
- Entwicklung neuartiger Stähle und Multi-Hauptelementlegierungen
- Entwicklung metallischer Nanopartikeln für elektrokatalytische Prozesse
- Untersuchung der Verformungs- und Korrosionsmechanismen von metallischen Werkstoffen
- Analyse von Materialparametern unter laserinduzierten extremen Belastungsbedingungen
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Angebotsspektrum/Technische Ausstattung
- MAP mit Modulen für Flüssigkeitshandling (Pipettierroboter und Pumpenstationen), galvanische Abscheidung und elektrochemische Charakterisierung
- Arc Melter für Herstellung von Legierungen (bis zu 200 g Fe-Basis) in hochreiner Schutzgasatmosphäre.bei Temperaturen bis zu 3500°C
- Galvanikstation für Herstellung von Legierungen als Dünnschichten
- Femtosekundenlasertechnik (30 fs Impulsdauer @ 800 nm Wellenlänge & 925 fs Impulsdauer @ 1030 nm Wellenlänge)
- Nanosekunden-Reinigungslaser (1064 nm und 532 nm)
- Elektrochemische Rasterkraftmikroskopie (AFM) mit integrierter Zugprüfmaschine (max. Kraft: 5 kN, statisch/dynamisch, Dehnung/Druck): Topographie, Kelvinsondenkraftmikroskopie (SKPFM), Adhäsion-/Steifigkeitsanalyse, Kraftspektroskopie
- Elektrochemische Techniken mit hoher Ortsauflösung (Raster-elektrochemisches Mikroskop (SECM), Scanning Vibrating Electrode (SVET), Raster Kelvin Sonde (SKP))
- In situ spektro-elektrochemische Methoden: ATR-FTIR Spektroskopie, Raman Spektroskopie, Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (XANES) in flüssiger Umgebung, gekoppelt an elektrochemische Analyse
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Publikationen des Fachbereichs