Materials' World - der Podcast des ZfM

In Zeiten von Energie- und Wärmewende ist Wasserstoff (wieder) als 1-A-Energieträger erkannt. Das Charmante daran für Professorin Birgit Scheppat: Wasserstoff lässt sich gezielt im Kreislauf führen. Aus Wasser wird (per Elektrolyse) Wasserstoff, der in Brennstoffzellen oder direkt verbrannt (ohne CO2-Emissionen) Energie zielgenau abgibt, und wieder zu reinem Wasser reagiert.

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(Copyright Podcast/Bild: ZfM, Bildquelle: M Schäfer, Musik: gemafrei/D Heer)

Elektroautos werden immer besser bei großen Reichweiten und kurzen Ladezeiten. Die beiden Materialforscher Joachim Sann und Manuel Weiß berichten im Podcast über aktuelle Entwicklungen beim Schnellladen: Ein voller Akku (80-90Prozent) scheint innerhalb einer kurzen Kaffeepause möglich. Doch was sind die physikalischen und materialwissenschaftlichen Randbedingungen? Beide outen sich auch als passionierte Elektroautofans und -fahrer. So er-fahren sie nebenbei gleich auch noch die Früchte ihrer Forschung.

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Die Physiker am ZfM haben eine neue Methode erfunden, weißes Licht zu erzeugen - einfach und effizient. Dazu nutzen sie die besonderen Eigenschaften vielschichtiger Materialien, sogenannter Perowskite, die je nach Schichtdicke warmweißes oder kaltweißes Licht erzeugen. Und das direkt, ohne Umwandlungsschritte mit Phosphoren oder Überlagerungen verschiedenfarbiger LEDs. Im Gespräch erläutern der Postdoc Philip Klement und Prof. Sangam Chatterjee vom I. Physikalischen Institut der JLU das Funktionsprinzip. Zudem schildern beide, wie freie Grundlagenforschung abläuft und wie aus einem Detail und Seitenaspekt eines großen Forschungsprojekts ganz unerwartet Ideen für technische Anwendungen entstehen.

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Die Vielseitigkeit und Multifunktionalität von Molekülen begeistert Chemikerinnen und Chemiker seit jeher. Anne Kunz und Hermann Wegner vom Institut für Organische Chemie der JLU haben es insbesondere auf molekulare Fähigkeiten abgesehen, Sonnenenergie zu absorbieren und in chemischen Bindungen zu speichern. Zu solchen schaltbaren und die Energie speichernden Molekülen gehörten Azobenzole, bestehend aus zwei Phenylringen, die über Stickstoff verbunden sind. Azobenzole können die Sonnenenergie über Stunden bis Tage lang speichern und später als Wärme abgeben. Für die Forschenden sind solche Moleküle ein Paradebeispiel für sogenannte "molecular solar thermal" (MOST) Systeme, also Moleküle, die Sonnenenergie speichern und später als Wärme abgeben. Noch Grundlagenforschung, aber vielleicht in Zukunft mit Anwendungspotenzial.

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Plasma ist gemeinhin der vierte Zustand von Materie (neben fest, flüssig, gasförmig). Und er fasziniert. Und das nicht nur den Grundlagenforscher Markus Thoma, der Plasma beispielsweise zur Oberflächenbehandlung einsetzt, und die Doktorandin Alisa Schmidt, die jüngst gezeigt hat, wie mit Plasma als Desinfektions-Tool FFP3-Masken entkeimt werden können. Wir sprechen mit beiden Forschenden des I. Physikalischen Instituts der JLU über die heilsame Kraft des Plasmas und die technologische Anwendungsbreite.

Poröse Materialien sind faszinierend, wenn man den Trick einmal durchschaut hat: Je kleiner die Pore, desto größer die innere Gesamtoberfläche in einem Material. In der Biologie bringt es so die Lunge mit Millionen Lungenbläschen auf Hunderte Quadratmeter Fläche für den lebensnotwendigen Gasaustausch. Und am ZfM untersuchen u.a. Forscher*innen der Physikalischen Chemie wie die Doktorandin Julia Schulze und Prof. Bernd Smarsly detailliert, wie sich poröse Materialien mit ihrer Riesenoberfläche nutzbringend für chemische Reaktionen einsetzen lassen. Im Gespräch erläutern sie, was die porösen Materialien so besonders für die chemische Katalyse macht.

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Unsere Welt hängt am Tropf globaler Warenströme. Das macht sich insbesondere bei Mikrochips bemerkbar, die im Wesentlichen in wenigen Großfabriken in Südkorea und Taiwan gefertigt werden.

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Es gibt vertrackte Probleme der Physik und Materialforschung, die sind uralt, kaum verstanden und prägen unser Bruttosozialprodukt - wie etwa die Reibung. Im Fachjargon: Tribologie. Im Labor untersuchen die Physiker*innen Jennifer Konrad und André Schirmeisen das Phänomen Reibung grundlegend. Auf atomarer Skala. Mit dem Rasterkraftmikroskop. So können die Forschenden gewissermaßen den Atomen und Molekülen auf reibenden Oberflächen bei der Arbeit zuschauen. Die Doktorandin Jennifer Konrad beschreibt ihre Laborarbeit. Der Professor André Schirmeisen vom Institut für Angewandte Physik der JLU ordnet das in einen größeren Rahmen: Reibung geschieht im Kleinsten und wirkt sich aus bis zum Größten - etwa als Ursache für Erdbeben. Reibung und damit einhergehender Verschleiß von Maschinen und Geräten verursacht einen wirtschaftlichen Schaden von jährlich bis zu fünf Prozent des Bruttosozialprodukts. Die Forschung zur Reibung und ihre Minderung sollten sich also auszahlen.

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Der Italiener Michele schwört mittlerweile aufs harte deutsche Brot, die Deutsche Ronja fand sich in den Wirren des Nahostkonflikts zurecht, und der Deutsche Felix war fasziniert von japanischer Kultur und Verhaltenskodex. Was alle drei Gießener Promovierenden eint: Sie verbrachten (Ronja in Israel, Felix in Japan) oder verbringen (Michele aktuell in Gießen) einen Teil ihrer Ausbildung in einem anderen Land. Die Wissenschaft, hier: die Materialwissenschaft, ist dieselbe - betont Felix, was Ankommen und Einstieg in eine neue Arbeitsgruppe erleichtert. Auch ist die Alltagssprache Englisch, weswegen diese Podcastfolge auch in englischer Sprache läuft. Darin sprechen die drei über ihre Motivation zur Forschung und Faszination für ein anderes Land. Und natürlich auch ihre Karriereziele, die nicht zwangsläufig auf Uni und Professor/in hinauslaufen. Festhalten möchten die drei: wer Auslandserfahrung sucht und ein internationales Umfeld kennenlernen möchte, ist im Wissenschaftsbetrieb genau richtig.

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In dieser Folge von "Materials‘ World - Der Podcast des ZfM" sprechen wir mit den Forschungsgruppenleiter*innen Dr. Anja Henß und Dr. Felix  Richter. Beide Chemiker*innen blicken auf neue Batteriekonzepte aus verschiedenen Richtungen. Anja Henß zerlegt Batterieproben in ihre  materiellen Bestandteile und erkundet, was Batterien „altern“ lässt. Und Felix Richter leitet daraus Ideen für neue Batteriekonzepte ab, die er im Labor in kleinem Maßstab testet. Beides gelingt am Zentrum für  Materialforschung (ZfM) der Justus-Liebig-Universität Gießen Hand in Hand.