Forschungsgebiete

Funktionsmaterialien sind vielseitig. Unsere Forschungsthemen behandeln ein weites Spektrum zwischen Grundlagen und Anwendungen.

Die Sensorik stellt einen wesentlichen Schwerpunkt der Forschung am Lehrstuhl für Funktionsmaterialien dar.

Forschungsthemen behandeln Materialien und Mechanismen, Anwendungskonzepte und neuartige Sensorprinzipen sowie alle Aspekte in der Prozesskette zur Sensorherstellung und deren Charakterisierung.

Ein besonderer Fokus liegt dabei auf chemischen Sensoren mit keramischen Funktionsmaterialien in Dick- und Dünnschichttechnik sowie in keramischer Mehrlagentechnologie (HTCC und LTCC).

Neben der umfassenden Sensorcharakterisierung in Synthesegas- oder Realgasatmosphären mit unterschiedlichsten elektrischen oder elektrochemischen Methoden ist für uns auch die Modellierung und Simulation sowohl von Materialparametern als auch von kompletten Transducer-Sensor-Elementen wichtig.

In diesem Gebiet steht uns die komplette Prozesskette zur Verfügung.

„Sensor Prototyping“ ist für uns kein Problem.

Um keramische Bauteile und Schichten herzustellen, benötigt man üblicherweise Sintertemperaturen von über 1000°C. Das macht es praktisch unmöglich, Keramiken mit niedrigschmelzenden Metallen, Gläsern oder Polymeren zu verbinden.

Manche Keramiken, insbesondere komplexere Funktionskeramiken, lassen sich gar nicht erst herstellen, da sie sich zersetzen bevor sie verdichten.

Mit der sog. Aerosolbeschichtungsmethode (ADM) kann man dichte keramische Schichten ohne Hochtemperaturprozesse direkt aus dem Ausgangspulver auf fast beliebige Substratmaterialien aufbringen.

Am Lehrstuhl für Funktionsmaterialien verbindet man das bereits geschaffene Wissen sowohl über die Materialien (Materialklassen, Funktionseigenschaften, Pulverherstellung und -vorbehandlung) als auch über die Anlagentechnik (Prozesssteuerung, Düsengeometrie, Aerosolerzeugung und -transport) für ein optimales Ergebnis der Aerosolbeschichtung. Dabei stehen vor allem eine funktionierende Schichtabscheidung, die mechanischen und Funktionseigenschaften der Schichten und auch deren Anwendung im Fokus der Forschung.

Erfahren Sie mehr:

  • Übersichtsartikel im Journal of Ceramic Science and Technology: [pdf]
  • Übersichtsartikel in Functional Materials Letters: [pdf]

Die Energiewende ist ein zentrales Zukunftsthema: weg von fossilen Energieträgern hin zu regenerativen Energien aus Sonne und Wind. Elektrische Energiespeicher und –wandler spielen hier eine wichtige Rolle. Im Zentrum der Forschung stehen häufig neue Materialien.

Thermoelektrische Materialien sind die Schlüsselkomponente bei der Umwandlung von ungenutzter Abwärme in hochwertige elektrische Energie. Hier erfahren Sie mehr.

Bei der CO2-Elektrolyse wird das schädlichen Klimagas CO2 mit grünem Strom in Wertstoffe wie Ethen umgewandelt. Eine entscheidende Rolle spielen hier die Elektrodenmaterialien bzw. die Katalysatorbeschichtungen auf den Elektroden. Aber auch die Prozessführung ist wichtig. Hier erfahren Sie mehr.

Leistungsfähige Batterien sind wichtig für die Speicherung von elektrischer Energie und für die Elektromobilität. Hier stehen neuartige Batteriekonzepte, Materialien und deren Verarbeitung im Fokus. Hier erfahren Sie mehr.

Ein großer Teil unserer Forschungsaktivitäten bedient das komplexe Umfeld der Abgasnachbehandlung. Durch immer strengere Emissionsgesetzgebung wächst der Bedarf an aufeinander abgestimmten Systemen und Technologien - nicht nur in der automobilen Anwendung. Auch industrielle oder private Abgasreinigung, z.B. im Bereich der energetischen Biomasse-Nutzung spielt eine immer größere Rolle.

Eine effektive Emissionsminderung ist nur durch ein systemisches Gesamtverständnis zu erreichen. Das Zusammenspiel von Verbrennung, Sensorik und Katalysator ist von unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten.

Wir arbeiten dabei in den Bereichen:

  • Neuartige Abgasnachbehandlungssysteme / -Katalysatoren
  • Neuartige Abgassensoren (siehe Sensorik)
  • Möglichkeiten der On-Board-Diagnose
  • Neuartige Konzepte zur In-Situ-Überwachung der Abgasanlage

Unsere Ausstattung in diesem Bereich reicht von der kompletten Prozesskette zur Darstellung abgastauglicher Sensoren über verschiedenste Möglichkeiten der Katalysator-Charakterisierung im synthetischen Abgas bis hin zum Test der Systemkomponenten im realen Abgas jeweils inklusive der notwendigen Analytik und Messtechnik.

Die Arbeiten zur Abgasnachbehandlung werden ebenfalls durch Simulationen unterstützt.

Als besonderes Highlight ist die hochfrequenzgestützte Katalysatordiagnose zu betrachten.

Der Einsatz von Funktionsmaterialien erfordert häufig spezielle Rahmenbedingungen.

Im Bereich der Sensorik spielt z.B. der Bauteilträger (also der Transducer) eine wichtige Rolle. Die Eigenschaften des Substrat-Materials und die Art der Kontaktierung sind ebenso wichtig, wie die Funktionskomponente an sich. Aber auch Trägerstrukturen für Mikroschaltungen, Durchkontaktierungen und sensorische Elemente außerhalb der Gasdetektion finden unser Interesse.

Die keramische Mikrosystemtechnik bietet die Möglichkeit, Anwendungen für höchste Ansprüche zu realisieren.

Wir arbeiten mit den folgenden Technologien und entwickeln diese auch weiter:

  • Low-Temperature-Co-Fired Ceramics (LTCC)
  • High-Temperature-Co-Fired Ceramics (HTCC)
  • Dick-und Dünnschicht-Technologie
  • Siebdruck, Schablonendruck, Tauchbeschichten, Aufdampfen
  • Photolithographische Strukturierung
  • Aerosol-Abscheidung
  • Laserstrukturierung von Substraten oder Funktionsschichten