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Posts Tagged ‘Nanotechnologie’

Faszinierende Grundlagenforschung, neue Funktionsmaterialien und dynamische Strukturen, die ganz neue Verfahren zugänglich machen: Die „MOF-Szene“ ist enorm vielfältig – und trotzdem kann eine Tagung alle Stakeholder integrieren. Warum das so ist und wo zur Zeit die Forschungsschwerpunkte bei metallorganischen Frameworks und anderen porösen Materialien liegen, hat uns Prof. Dr. Stefan Kaskel erzählt:

Die MOF findet 2020 bereits zum 7. Mal statt. Was zeichnet diese Konferenz aus Ihrer Sicht besonders aus?

Prof. Dr. Stefan Kaskel ist Professor für Anorganische Chemie an der TU Dresden und Abteilungsleiter Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik am Fraunhofer Institut für Werkstoff-und Strahltechnik (IWS) in Personalunion. Er ist Chairman der MOF 2020.

Die ersten MOFs wurden Ende der 90er Jahre „gefunden“ und im Milligramm-Maßstab synthetisiert. Seitdem hat sich unglaublich viel getan; heute haben wir eine große Community, die gleichzeitig sehr breit und interdisziplinär aufgestellt ist.

Die erste MOF-Tagung fand 2008 in Augsburg statt. Damals ging es vor allem um das gegenseitige Kennenlernen und um die „klassischen“ Themen wie MOF-Synthese und Adsorptionsanwendungen, z.B. für die Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas.

Heute hat sich das Feld sehr stark gewandelt und differenziert. Im Bereich der Anwendung wird vor allem an optischen und elektronischen Funktionsmaterialien geforscht. Dabei geht es nicht nur um die Funktionalität selbst, sondern auch die Integration in Devices oder Bauteile. Dafür müssen MOFs als Schichten oder Nanopartikel hergestellt oder in Membranen integriert werden.

Welche Rolle spielt die Grundlagenforschung?

Die neuen Erkenntnisse der Grundlagenforschung sind faszinierend: Dort werden die Mechanismen bei der Bildung der Materialien untersucht. Durch Verfahren wie die Transmissions-Elektronenspektroskopie  ist eine noch genauere Charakterisierung möglich geworden. Eigenschaften und Feinstruktur von MOFs hängen eng miteinander zusammen. Dynamische MOFs zeigen ein reversibles Öffnen und Schließen der Porenstruktur, ein einzigartiges Verhalten im Vergleich zu klassischen starren Adsorbentien; das lässt sich mit in situ- oder Operando-Methoden beobachten. Das Verständnis der physikalischen Grundlagen und der Festkörperchemie ist gerade auch bei jüngeren Forschern ein großes Thema.

Das Themengebiet, das die MOF adressiert, ist extrem breit. Was ist die gemeinsame Schnittmenge, und wie würden Sie das Verhältnis zwischen sehr spezialisierten Sessions und Konferenzteilen, die sich mehr oder weniger an alle Teilnehmer richten, beschreiben?

Da alle Aspekte miteinander zusammenhängen, ist die Community noch nicht „zerfallen“. Es gibt einige Sessions und Plenarvorträge, die für alle interessant sind, die sich irgendwie mit MOFs befassen. Andere Themen wie die Funktionsmaterialien sind dann spezieller. Insgesamt ist die Community erfreulich interdisziplinär.

Was können speziell erfahrene Wissenschaftler, Nachwuchswissenschaftler und Industrievertreter von der MOF 2020 erwarten?

Von Tony Boehle – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27335434

Für jüngere Wissenschaftler bieten wir zwei Workshops an: Die MOF 2020 Expert View Series ist ein Tutorial zum Einsatz von MOFs von den Grundlagen bis zur Anwendung und richtet sich besonders an Doktoranden oder Wissenschaftler mit anderen Forschungsschwerpunkten. Beim Young Investigators Forum können Doktoranden und PostDocs ihre eigene Forschung präsentieren.

Industrievertreter haben bei einem eigenen Workshop die Gelegenheit, sich über Synthese, Verarbeitung und Anwendungen von MOFs und porösen Polymeren in der Praxis zu informieren.

Womit beschäftigen Sie sich in Ihrer eigenen Forschung derzeit am intensivsten?

Wir beschäftigen uns mit dynamischen MOFs, die ihre Struktur responsiv ändern, wenn bestimmte Moleküle selektiv aufgenommen werden. Um diese Responsivität besser zu verstehen, kombinieren wir in-silico-Simulationen, Synthese und Analytik. Das ist extrem spannend für Trennprozesse, weil sich die Selektivität enorm erhöht.

Von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung, vom Doktoranden bis zum Industrieexperten – die 7th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds vom 20.-23. September 2020 in Dresden hat für jeden etwas zu bieten. Mehr unter https://dechema.de/en/MOF2020.html

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Eine Veranstaltung wie jede andere? Das ist die NanoVision ganz sicher nicht. Dafür sorgt allein das Format. Denn das Organisationskomitee von NanoMat holt sich in jedem Jahr einen anderen Partner ins Boot, mit und bei dem die Veranstaltung organisiert wird – neue Themen, Perspektiven und Kontakte inklusive. In diesem Jahr ist die DECHEMA mit ihrer Deutschen Plattform NanoBioMedizin Co-Organisator. Wir haben mit Nathalie Matter-König, der langjährigen Organisatorin der NanoVision, über die Veranstaltung gesprochen.

DECHEMA: Was ist das Besondere am internationalen Science-Industry-Symposium „NanoVision“?

Nathalie Matter-König: Die NanoVision ist eine Veranstaltung mit Tradition, die es seit 20 Jahren gibt und die sich mit NanoMat und den Partnern immer weiterentwickelt hat bis zum heutigen Format. Hier treffen sich Teilnehmer/innen aus der Industrie und verschiedenen wissenschaftlichen Institutionen, um zu gegebenen Themen einen regen Austausch zu haben, auch mit der Idee, neue Zusammenarbeiten zu knüpfen. Bei der NanoVision gibt es einen besonderen „Esprit“. Er beruht darauf, dass immer langjährige NanoMat-Partner/innen dabei sind, sowie Personen, die zum ersten Mal kommen, alle aber ein „Zugehörigkeitsgefühl“ haben.

Warum wird ein besonderer Fokus darauf gesetzt, die Veranstaltung mit wechselnden Partnern und an immer neuen Orten stattfinden zu lassen?

Zu Beginn war es so, dass die NanoVision hauptsächlich in Karlsruhe stattgefunden hat, am Sitz des NanoMat-Clusters. Unsere Partner haben uns angeboten, die NanoVision mit zu tragen, indem wir sie bei ihnen durchführen. Zum einen gibt es dem Co-Organisations-Partner eine hohe Sichtbarkeit, zum anderen orientieren sich auch die Themen der NanoVision an der Expertise und dem aktuellen Forschungsschwerpunkt des Partners. Das heißt, dass der Partner dank der NanoVision in seinem Hause in konzentrierter Form Gäste mit den gleichen Interessen und einer komplementären Expertise hat. Meist folgt auch eine Instituts- oder Laborbesichtigung am Veranstaltungsort für interessierte Teilnehmer/innen, so dass man detaillierte Einblicke in die Forschung der ausrichtenden Organisation erhalten kann.

https://www.nanomat.de/NanoVision2020.php

Wodurch zeichnet sich die NanoVision 2020 aus?

Ein Highlight der NanoVision 2020 ist, dass die BASF SE, ein langjähriger NanoMat-Partner, dieses Jahr drei Posterpreise vergeben wird. Die wissenschaftlichen Projekte, die hier vorgestellt werden, erhalten dadurch die Chance auf eine hohe Sichtbarkeit. Die NanoVision 2020 gibt dieses Jahr Einblicke in interessante Aspekte der Wechselwirkungen an den Schnittstellen zwischen Biologie und Technologie, wie z. B. neuro-elektronische Schnittstellen, Interaktion der Biomaterialien mit Stammzellen… Die NanoVision 2020 schließen wir mit einem Perspektiv-Vortrag zu der technologiegetriebenen Vision des zukünftigen Gesundheitswesens ab – ein Thema, das uns alle im Alltag früher oder später beschäftigen wird.

Die Veranstaltung steht unter dem Motto „Sense of Materials“. Was kann man sich darunter vorstellen? Was erwartet die Teilnehmer inhaltlich?

Die NanoVision 2020 – Sense of Materials gliedert sich in die drei Themen Bioelektronik, Funktionale Oberflächen und Smart Nanomedizin. Jedes dieser Themen bedarf der Entwicklung neuer Materialien und Grenzflächen. Weiterhin befinden sich die einzelnen Themen an einer Schnittstelle zwischen verschiedenen Expertisen, was für die Teilnehmer besonders attraktiv ist. Diese Themen betreffen direkt die Gesellschaft, werden in unserem Alltag erläutert und die NanoVision gibt den Teilnehmer/innen einen Blick in das „Hier und Jetzt“, aber auch in die zukünftigen Potentiale.

Warum sollte man die diesjährige NanoVision auf keinen Fall verpassen? Für wen ist die Veranstaltung interessant?

Die NanoVision sollte man nie verpassen, die Veranstaltung ist immer eine Bereicherung. Die NanoVision 2020 ist nicht nur für Start-ups, Wissenschaftler/innen und Studierende interessant, sondern auch für Bürger/innen, die sich für diese Themen interessieren. Journalisten/innen nehmen auch oft teil. Natürlich, wie es der Name sagt, ist es eine internationale Veranstaltung, das heißt, dass die Vorträge in englischer Sprache stattfinden. Dieses Jahr ist die Balance zwischen Referenten/innen aus der Industrie und den wissenschaftlichen Institutionen besonders ausgeglichen. Auch hier kann man verschiedene Blickwinkel erfahren. Die NanoVision bietet in kurzer Zeit ein breites Spektrum an Informationen und Einblicken an und das Format ist ganz bewusst so ausgewählt, dass es viele Möglichkeiten für Einzelgespräche gibt.

Das Programm der NanoVision 2020 und weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie hier.

Dr. rer. nat. Nathalie Matter-König studierte Zell- und Molekularbiologie an der Universität Louis Pasteur in Straßburg mit anschließender Promotion über die Regulation der Aktivität des Zellkern-spezifischen inositol 1,4,5-trisphosphate Rezeptors. Danach bekleidete sie seit 1996 verschiedene Positionen am Karlsruher Institut für Technologie, KIT. Sie war dort Postdoktorandin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Toxikologie und Genetik, Programmbevollmächtigte des Helmholtz-Programms BioInterfaces und Persönliche Referentin des Bereichsleiters des KIT-Bereichs V: Physik und Mathematik. Seit 2015 ist sie Wissenschaftsmanagerin beim NanoMat-Cluster und Geschäftsführerin des KIT-Zentrums Materialien.

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SpinnennetzBei  Rasterkraftmikroskop-Untersuchungen der Seide von braunen Einsiedlerspinnen fanden  Forscher aus Williamsburg (VA, USA) heraus, dass jeder Faden, 1000 mal dünner ist als ein menschliches Haar, wie ein Kabel aus einigen tausend Protein-Nanosträngen von 20 Millionstel Millimeter Durchmesser und mindestens 1 Mikrometer Länge besteht.

Dass lange Nanofasern das Geheimnis der hohen Reißfestigkeit von Spinnenseidenfäden sind, wurde lange vermutet. Die einzigartige Seide der braunen Einsiedlerspinne, die im Gegensatz zu anderen Spinnenseiden aus flachen Bändern statt zylindrischen Fasern besteht, erleichterte jetzt die mikroskopische Untersuchung. Bereits im letzten Jahr konnte das Team zeigen, dass die braune Einsiedlerspinne ihre Seidenstränge mit einer speziellen Technik verstärkt. Mittels einer winzigen, nähmaschinenähnlichen Spinndüse webt die Spinne etwa 20 Mikroschleifen in jeden Millimeter Seide, die sie auswirft, was den klebrigen Faden reißfester macht.

Zur Originalpublikation http://www.sciencemag.org/news/2018/11/spider-silk-five-times-stronger-steel-now-scientists-know-why

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nano-184187_1280Nanomaterialien haben längst Einzug in den Alltag gehalten. Ob als Bestandteil von Sonnencreme, im Handyakku, als Textilbeschichtung oder beim Einsatz in der Pharmazie, die besonderen Eigenschaften der winzigen Teilchen machen manches moderne Produkt überhaupt erst möglich. Dennoch flammen in der Öffentlichkeit immer wieder Diskussionen über die Sicherheit von Nanomaterialien auf. Die Wissensplattform „DaNa“ hat sich seit Jahren zur Aufgabe gemacht, zuverlässige Informationen über verschiedene Nanomaterialien, ihren Einsatz und ihre Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zur Verfügung zu stellen. In diesem Kontext hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung nun eine neue Broschüre „Nanomaterialien im Alltag“ herausgegeben. Sie beschreibt nicht nur allgemeinverständlich, warum „nano“ so besonders ist und in welchen Produkten Nanomaterialien zu finden sind. Auch Forscher kommen zu Wort: In Kurzinterviews erklären sie u.a., warum es so schwierig ist, die Exposition zu messen, welche Rückschlüsse Tests an Zellkulturen auf die Wirkung im Körper zulassen, wie sich Carbon-Nanotubes in der Produktion gefahrlos einsetzen lassen oder wie man Nanopartikel im Körper aufspürt. Auch Informationen zur Risikobewertung und zur Regulierung von Nanomaterialien finden sich in der Publikation.

Die Broschüre kann unter https://www.bmbf.de/pub/Nanomaterialien_im_Alltag.pdf kostenfrei heruntergeladen werden.

Informieren Sie sich über die aktuellsten Erkenntnisse aus der Nanotoxikologie-Forschung und treffen Sie internationale Experten bei der NanoTox 2018 – 9th International Conference on Nanotoxicology, 18. – 21. September 2018. Mehr unter http://nanotox2018.org/

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NWCD STD global Good VersionTrotz verbesserter Therapiemethoden bleibt Krebs eine der häufigsten Todesursachen. Kann die Nanomedizin das grundlegend ändern? Klar ist, dass sie neue Wege für die Diagnose und die Behandlung von Krebserkrankungen eröffnet. Bei einer Pressekonferenz anlässlich des weltweiten Nano World Cancer Day 2016 stellen Mediziner und Unternehmen im DECHEMA-Haus in Frankfurt die neuesten Fortschritte vor.

2012 sind 8 Millionen Menschen an Krebs gestorben und es wird erwartet, dass sich diese Zahl in den nächsten 20 Jahren um 70 % erhöht. Trotz verbesserter Diagnostik und Therapiemethoden sterben aber immer noch 50 % der Patienten. Der NanoWorld Cancer Day soll verdeutlichen, welche erfolgversprechenden Ansatzpunkte die Nanomedizin bietet, diese Zahlen zu reduzieren.

Unter Nanomedizin versteht man den Einsatz von Nanotechnologien in der Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Erste erfolgreiche Ansätze basieren darauf, dass Nanomaterialien die aktiven Wirkstoffe im Körper direkt zum Behandlungsort transportieren. So wirken die Medikamente gezielt auf Tumorzellen, Nebenwirkungen lassen sich verringern. Auch bei Strahlenbehandlungen können Nanomarker dafür sorgen, dass die Wirkung sich auf die Krebszellen konzentriert und das gesunde Gewebe weniger belastet wird. (mehr …)

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Magenesium - ein beliebter Werkstoff [„Magnesium-products“. Firetwister. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons ]

Magenesium – ein beliebter Werkstoff [„Magnesium-products“. Firetwister. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons ]

Magnesium ist mit einer Dichte von etwa 1,74 g/cm3 das Leichtgewicht unter den metallischen Werkstoffen. Es ist rund ein Drittel leichter als Aluminium und deshalb als Konstruktionswerkstoff im Leichtbau sehr gefragt. Besonders in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo stete Verbesserungen bei Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen, bieten sich viele Einsatzmöglichkeiten. Magnesium ist allerdings nicht nur das leichteste, sondern auch das chemisch reaktivste Konstruktionsmetall. Damit ist sein Einsatz stark eingeschränkt, denn die Oberfläche muss durch geeignete Technologien vor Korrosion geschützt werden. Das verursacht zusätzlichen Aufwand und Kosten, die den Gewichtsvorteil wieder zunichtemachen.

Wissenschaftler des DECHEMA-Forschungsinstituts entwickeln deshalb gemeinsam mit Kollegen von der Universität Paderborn eine neuartige, kosteneffiziente und umweltverträgliche Oberflächentechnologie für den Korrosionsschutz von Magnesium-Legierungen. Dabei wird mit Hilfe von Hochleistungsultraschall auf der Magnesiumoberfläche eine schützende Oxidschicht mit selbstheilenden Eigenschaften erzeugt. Der Ultraschall verursacht Kavitationsblasen, die beim Bersten lokale Drücke von mehreren hundert bar und Temperaturen von einigen tausend Kelvin hervorrufen. Dadurch bildet sich auf der Magnesiumoberfläche eine poröse schwammartige Struktur, die fest mit dem Grundmaterial verbunden ist. Wenn es gelingt, bestimmte Porengrößen zu erzeugen, können darin mit Inhibitoren beladene Nanopartikel eingebaut werden. Alternativ können auch anorganische Inhibitoren, beispielsweise Seltenerdmetalle, direkt in die wachsende Oxidschicht eingebaut werden. Bei Beschädigung der Schicht werden an den betroffenen Stellen die Inhibitoren auf kontrollierte Weise freigesetzt und verhindern den Korrosionsprozess, indem sie eine neue schützende Deckschicht bilden.

Mehr zum IGF-Projekt 18267 N Korrosionsschutz für Magnesiumknetlegierungen durch ultraschallgestütztes Wachstum von selbstheilenden Oxidschichten

 

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Vision: Das Light Car-Konzept der Firma EDAG (Foto: EDAG Group)

Multi-Material-Design ist nach Ansicht von Experten ein internationaler Megatrend. Dabei wird für jedes einzelne Bauteil das am besten geeignete Material verwendet; Faktoren sind unter anderem das Gewicht, die Funktion, die Herstellbarkeit und die Kosten. Was einfach klingt, zieht neue Fragestellungen nach sich: Wie können die Einzelteile aus unterschiedlichsten Materialien kostengünstig und haltbar zusammengefügt werden? Moderne Klebstoffe sorgen nicht nur für guten Zusammenhalt; sie verhindern durch die Isolierung zwischen verschiedenen Metallen Korrosionsschäden und können außerdem mit Zusatzfunktionen ausgestattet werden. Für Kühlvorrichtungen sind zum Beispiel Klebstoffe im Einsatz, die wärmeleitend sind, in der Elektronikindustrie kommen elektrisch leitende Klebstoffe zum Zuge.

Beide Eigenschaften werden vor allem durch Additive beeinflusst, in dem zum Beispiel leitende Metalle zugesetzt werden. Durch die Auswahl des richtigen Zusatzes lassen sich auch Klebstoffe entwickeln, die Wärme leiten, aber keinen Strom. Die Herstellung von Klebstoffen mit genau definierten Eigenschaften ist das Ziel eines Projekts der Industriellen Gemeinschaftsforschung, das derzeit am Fraunhofer IFAM läuft. Dabei wird die Wirkung von Kohlenstoff-Nanoröhren als Klebstoff-Additiv untersucht. Die sogenannten Carbon Nanotubes mit Durchmessern im Nanometerbereich und Längen von ca. 2 bis 50 Mikrometern sind deshalb so interessant, weil sie Wärme und elektrischen Strom außerordentlich gut leiten und gleichzeitig die Festigkeit des Klebstoffs deutlich erhöhen können. Die Einbindung der Carbon-Nanotubes in die Klebstoff-Polymermatrix wirft jedoch bisher wegen der unreaktiven Oberfläche der Carbon Nanotubes und Ihrer Bündelung noch Probleme auf. Deshalb werden im Rahmen des Projektes Kohlenstoff-Nanoröhren gezielt chemisch verändert. Durch diese Funktionalisierung sollen die Oberflächeneigenschaften so angepasst werden, dass sich die Röhrchen gut in den Klebstoff einmischen lassen und sich mit diesem verbinden. Für die Funktionalisierung wird ein

Atmosphären-Druck-Plasma verwendet, also ein Verfahren, dass sich später auch im technischen Maßstab in der Produktion einsetzen lässt. Die Ergebnisse des Projekts sind für alle Anwender von Klebtechnik von Bedeutung, vom Autobauer bis zum Elektronikhersteller.

Mehr zum Projekt

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