Neuer Werkstoff: Graphenschaum mit Harz

Leichtgewicht leitet sogar elektrischen Strom und bietet sich als Befestigung für Elektronik an

Aus Harz und Graphen wird ein neuer Werkstoff (Symbolbild: rice.edu)

Houston/Peking
(pte004/16.11.2018/06:15) – Epoxydharze werden in Verbindung mit
Graphenschaum zu einem äußerst festen Material, das zudem Strom leitet,
wie ein Forscher-Team um James Tour von der Rice University http://rice.edu festgestellt hat. Die Kohlenstoffatome des Graphens, die
bienenwabenförmig angeordnet sind, erhöhen das Gewicht des Harzes nur
minimal. Das neue Material könnte in der Elektronik genutzt werden, etwa
als leitfähiger Kleber für die Befestigung elektronischer Bauteile auf
Leiterplatten.

Aus Isolator wird ein Leiter

In reiner Form sind Epoxydharze Isolatoren, aus denen beispielsweise
Leiterplatten hergestellt werden. Um das Material für bestimmte
Anwendungen in einen Stromleiter umzuwandeln, wird es mit Metallpulver
vermischt. Das funktioniert, geht aber zulasten der Stabilität und des
Gewichts.

Mit Graphen wird alles dagegen besser. Grundmaterial ist ein Pulver aus
Polyacrynitril (PAN), das normalerweise für die Herstellung von
Kunststoffasern wie Dralon verwendet wird. Die Forscher vermischten es
mit Nickelpulver und verdichteten es. In einem Ofen erhitzten sie die
tablettenförmige Mixtur, sodass sich das PAN in Graphen verwandelte. Die
störenden Nickelteilchen lösten die Forscher chemisch auf. Übrig blieb
eine poröse Graphentablette, in deren Poren sie Epoxydharz fließen
ließen.

Industrielle Herstellung möglich

Der Graphenschaum ist ein einziges Riesenmolekül. Wenn das eingesickerte
Harz erhärtet, ist es an unzähligen Stellen fest mit diesem Gerüst
verbunden. Die Steifigkeit des Materials ist sieben Mal höher als die
des Harzes. An der Entwicklung beteiligt waren Materialforscher der Rice
University und der Beihang University http://ev.buaa.edu.cn in Peking.

Tour sieht keine Probleme darin, das Material industriell herzustellen.
"Man braucht nur einen Ofen, der groß genug ist, um die Tabletten
aufzuheizen", sagt er. Der sei in vielen Unternehmen vorhanden, die kalt
gepresste Formteile durch Sintern, also durch Erhitzen, verfestigen.

SPANNUNG IN DER FORSCHUNG:

Piezoelektrische Effekte zur Unterdrückung von Materialspannungen

Das
Auftreten elektrischer Spannungen bei Verformungen zeichnet
piezoelektrische Materialien aus � ein Effekt, der sich auch für die
Vermeidung von mechanischen Spannungen in speziellen Materialien nutzen
lässt. Ein aktuelles Projekt des Wissenschaftsfonds FWF leistet jetzt
einen grundlegenden Beitrag zur Optimierung dieser "intelligenten
Materialien".

Hohe mechanische Spannungen verkürzen das Leben
eines Bauteils. Das gilt zumindest für alle Arten von Materialien.
Deren Lebensdauer hängt ganz entscheidend von ihrer mechanischen
Beanspruchung ab. Dabei zehren vor allem Spannungen in Kombination mit
Schwingungen an der Haltbarkeit. Seit einigen Jahren gibt es nun für
spezielle Einsatzbereiche intelligente Materialien, die solchen Ursachen
aktiv entgegenwirken können. Dazu greift man tief in die physikalische
Trickkiste: Der sogenannte piezoelektrische Effekt, also der Aufbau
einer elektrischen Spannung durch Verformung, kann genutzt werden, um
diese Kräfte aktiv zu unterdrücken. Doch dabei unterliegen auch die
piezoelektrischen Materialien Kräften, die ihre Haltbarkeit mindern �
das zu ändern hat sich Jürgen Schöftner zur Aufgabe gemacht.

VON SCHWINGUNGEN & SPANNUNGEN

Wesentlich
für die Arbeit von Schöftner ist dabei eine Besonderheit von
piezoelektrischen Materialien: "Piezoelektrische Materialien zeichnen
sich durch eine spezielle Kombination physikalischer Eigenschaften aus.
Die führt dazu, dass selbst dann mechanische Spannungserhöhungen im
Material auftreten können, wenn eine � durch externe Kräfte bewirkte �
Deformation des Materials bereits abgeklungen ist."

Solche
lokalen Spannungsüberhöhungen wirken sich negativ auf die Haltbarkeit
des Materials aus, und es ist Schöftners Bestreben, diese zu mindern.
Doch dabei betritt er wissenschaftliches Neuland, wie er erklärt: "Die
Forschung der letzten Jahre in diesem als ‚Structural Control‘
bezeichneten Bereich hat sich vor allem mit der Reduktion von
Bauteilschwingungen und Deformationen beschäftigt. Die hat man auch gut
in den Griff bekommen. Aber Erkenntnisse über die Vermeidung von
Schwingungen helfen nicht weiter, wenn es um die Vermeidung von
mechanischen Spannungen geht. Hier sind neue Methoden notwendig. Deren
Grundlagen werden wir nun erarbeiten."

Am Beginn seines Projekts
steht für Schöftner dabei die Analyse der sogenannten konstitutiven
Beziehung von Piezoelektrika. Diese erlaubt es, Formulierungen für eine
mögliche Spannungsunterdrückung im dreidimensionalen Raum abzuleiten.
Weiters wird er dann auch die grundlegenden
Spannungsbewegungsgleichungen kalkulieren. Ziel dieser grundlegenden
Berechnungen ist es, praktikable Konzepte zur Spannungsunterdrückung für
sogenannte "schlanke Bauteile" zu finden.

PASSIV GEDÄMPFT � AKTIV ENERGIE GEWONNEN

Doch
Schöftner schaut in seinem Projekt noch weiter in die Zukunft:
"Tatsächlich können piezoelektrische Materialien sogar zur Gewinnung von
Energie genutzt werden. Die kinetische Energie bzw. die
Bewegungsenergie eines Bauteils wird in elektrische Oszillationen
umgewandelt und somit neutralisiert. Ist das piezoelektrische Material
nun in ein elektrisches Netzwerk eingebunden, dann kann die durch
mechanische Verformung erzeugte Spannung auch in ein geeignetes
elektrisches Speichermedium überführt werden." Das langfristige Ziel ist
es, ein elektrisches Netzwerk für eine bestimmte schwingende
piezoelektrische Konstruktion zu entwerfen, das je nach Bedarf eine
mechanische Spannung unter ein gewisses Niveau regelt oder die
Schwingungsenergie durch Speicherung in elektrische Energie umwandelt.
Dazu wäre eine intelligente Schaltung notwendig, die aus einer aktiven
Schaltung für die Spannungsregelung und einer passiven für die
Energiegewinnung besteht. Im Idealfall würde dann ab einer kritischen
Spannung die mechanische Spannung geregelt � andernfalls würde
Schwingungsenergie in nutzbare elektrische Energie umgewandelt. Doch
bevor solche Systeme Realität werden gilt es, grundlegende Hausaufgaben
zu machen. So befasst sich Schöftner in seinem Projekt auch mit der
optimalen Verteilung der Elektroden, des Widerstandbelags und des
elektrischen Netzwerks in einem solchen System.

"Das Potenzial in
solchen passiv gedämpften Materialien ist enorm � doch bevor dieses
wirklich genutzt werden kann, müssen grundlegende Erkenntnisse zur
Optimierung dieser Materialen gewonnen werden. Genau das machen wir in
diesem Projekt des FWF", ergänzt Schöftner.

Jürgen Schöftner
ist seit 2011 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische
Mechanik an der Johannes Kepler Universität Linz. Er gilt als Experte
bei der Modellbildung und Regelung von mechatronischen
Problemstellungen.

Neue Kühltechnik bis zu 300 Prozent effektiver
Magnetflüssigkeit soll Systemzusammenbrüche in Elektronik verhindern
 
Mikrochip: mit neuer Technik absturzsicherer (Foto: pixelio.de/Karl-Heinz Laube)

Cambridge (pte003/21.11.2013/06:10) – Forscher des amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu haben eine neue Technik für Kühlsysteme entwickelt, die bis zu 300 Prozent effektiver als Wasserkühlung sein kann. Statt wie bisher nur Wasser durch Leitungen zu pumpen, werden bei der neuen Methode Magnetfelder eingesetzt, um Hitzestaus und damit einhergehende Systemzusammenbrüche zu vermeiden. Mit der Technik könnten alle möglichen elektronischen Geräte bis hin zu Fusionsreaktoren gekühlt werden.

Forscher selbst überrascht

Die Funktionsweise des Systems wurde im International Journal of Heat and Mass Transfer veröffentlicht. Laut Lin-Wen Hu vom MIT-Nuklearreaktor-Labor sind die neuen Erkenntnisse das Resultat von mehreren Jahren Forschung zu Nanoflüssigkeiten, also Nanopartikel aufgelöst in Wasser. Bei der neuen Kühltechnik fließt ein Gemisch von Wasser und winzigen Partikeln Magnetit, eine Form von Eisenoxid, durch die Leitungen. Magnete werden dann außen an den Leitungen angebracht, um diese Nanoflüssigkeit zu manipulieren.

Die Magnete, so Hu, "ziehen die Partikel dann näher an die heiße Oberfläche" der Leitung, wodurch der Hitzetransfer durch die Wand der Leitung in die Flüssigkeit und dann an die Außenluft stark erhöht wird. Ohne die Magnete verhält sich die Flüssigkeit wie normales Wasser, ohne Änderung des Kühlungsgrades. Mit den Magneten dagegen ist der Hitzetransfer viel höher – im besten Fall etwa 300 Prozent. "Wir waren sehr überrascht vom Unterschied", berichtet Hu.

Anwendung in Chips und Fusionsreaktoren

Die Technik ist MIT-Angaben zufolge zwar unpraktikabel für ein komplettes Kühlsystem, aber dort nützlich, wo Hitzestaus an verschieden Punkten auf den Kühlleitungen auftreten. An solchen "Hotspots", die zu Systemzusammenbrüchen führen können, könnte dann eine magnetische Flüssigkeit in Verbindung mit Magneten den Hitzeabtransport erhöhen. Andere Methoden, etwa indem man Kühlflüssigkeit schneller durchpumpt, sind nach Angaben des MIT energieintensiver.

Für die neue Technik gäbe es vielfältige Anwendungszwecke, so Professor Jacopo Buongiorno vom MIT. Zum Beispiel in Mikrochips, die sich stark aufheizen. Denkbar sei sogar eine Anwendung der Methode bei Fusionsreaktoren. Allerdings sei das noch Zukunftsmusik. "Zu diesem Zeitpunkt ist das Grundlagenforschung. Sie zeigt nur, dass der Effekt existiert", unterstreicht Buongiorno abschließend.

Selbststeuernde Autos: China legt nach
Hongqi HQ3 fuhr alleine 283 Kilometer – ohne GPS
 
Hongqi HQ3: Fuhr 283 Kilometer und verzichtete auf GPS (Foto: Hongqi)

Changsha (pte139/12.08.2011/11:15) – Nicht nur an verschiedenen Universitäten im Westen und bei Google wird an der fahrerfreien Zukunft motorisierter Vehikel gearbeitet. Chinas Nationale Universität für Verteidigungstechnologie http://english.nudt.edu.cn zeigte vergangenen Juli in einem eigenen Versuch den Stand der Forschung im einwohnerstärksten Land der Erde. Ein Pkw des Modells HQ3 des Autobauers Hongqi http://faw-hongqi.com.cn navigierte sich selbständig über 283 Kilometer über Autobahnen, ohne dabei auf satellitengestützte Navigation zurückzugreifen.

Kommandozentrum im Kofferraum

"Wir haben nur eine Maximalgeschwindigkeit festgelegt und alles andere dem Auto überlassen", sagte Dai Bin, einer der Mitarbeiter des Projektteams gegenüber China Daily. Der PKW der oberen Mittelklasse benötigte für den Trip zwischen den Provinzhauptstädten Changsha und Wuhan lediglich drei Stunden und 20 Minuten. Das Auto war mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 87 km/h unterwegs und überholte 67 andere Fahrzeuge.

Der Verzicht auf GPS stellte die Funktionstüchtigkeit der anderen Sensoren auf die Probe. Das Fahrzeug war mit Kameras, einem Radar und einem Lasermessgerät ausgestattet. Kontrolliert wurde es von einem Kommandorechner im Kofferraum, der mit essentiellen Daten über die Reiseroute – Spurwechsel, Straßen und Geschwindigkeitsbegrenzungen – gefüttert war.

Geringe Reaktionszeit

Auf der Reise musste das Auto auf verschiedenste Einflüsse und Gefahren reagieren. "Es gab Nebel und Gewitterschauer auf der komplexen Route, teilweise waren die Spuren schlecht markiert", schildert Bin. Menschliche Autofahrer waren wegen plötzlicher Spurwechsel ebenfalls eine Bedrohung. Das System des Hongqi HQ3 ist jedoch in der Lage, innerhalb von 40 Millisekunden auf derartige Ereignisse zu reagieren, erklärt der Wissenschafter. Menschen würden im Schnitt rund eine halbe Sekunde, also mehr als die zehnfache Zeitspanne, benötigen.

He Hangen, ebenfalls ein Mitglied des Forscherteams, zeigte sich ebenfalls zufrieden mit dem Resultat des Testlaufs. "Die Forschung an fahrerlosen Autos hat in China erst spät begonnen, doch einige Technologien sind bereits auf dem Niveau internationaler Standards."

Anwendungen in der Biomedizin als Forschungsschwerpunkt

Biegsamer Silizium-Chip (Foto: John Rogers)
 
Champaign (pte/29.03.2008/06:15) – Forscher haben erstmals einen flexiblen Chip auf Silizium-Basis entwickelt. Er kann in komplexe Formen, etwa die einer Sphäre oder jene von Körperteilen, gebracht werden und erleidet auch bei starker Verformung keine Leistungsverluste. "Die Annahme, dass Silizium nicht für solche Anwendungen geeignet ist, weil es inhärent zu brüchig und steif ist, ist verworfen worden", erklärt der an der Entwicklung beteiligte Professor der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) http://www.uiuc.edu John Rogers. Damit öffnen sich der langjährig bewährten Silizium-Elektronik neue Anwendungsmöglichkeiten.

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung daran orientiert, dass dünnere Materialien in der Regel auch flexibler sind und haben die Gesamtdicke ihres Chips auf 1,5 Mikrometer gedrückt. Das ist allerdings nicht der ganze Trick. "Wir haben herausgefunden, wie wir hochwertige Elektronik von den üblichen, steifen, brüchigen Halbleiter-Wafers trennen und sie mit weichem Gummi verbinden", erklärt Rogers gegenüber pressetext. Das Silizium wird dabei auf einen deformierten Gummi-Träger aufgebracht, der danach wieder entspannt wird. Das Ergebnis sind Schaltkreise mit einer Art Wellenstruktur, die voll reversibel gedehnt oder komprimiert werden können. Die Leistung ist dabei mit jener von klassischer Silizium-Chips vergleichbar, was einen Vorteil gegenüber flexibler Elektronik auf Basis organischer Halbleiter darstellt.

"Die Anwendungen, die uns am spannendsten erscheinen, liegen im biomedizinischen Bereich", so Rogers. Genau hier galt Silizium-Elektronik bisher als wenig attraktiv, da die Schaltkreise rigide waren. Das Team lege mit seinen Forschungsbemühungen den Schwerpunkt auf diesen Bereich. Ein Beispiel ist eine Zusammenarbeit mit Brian Litt an der University of Pennsylvania http://www.upenn.edu im Bereich der Diagnose und Therapie bei Epilepsie. "Wir arbeiten an dehnbaren Platten mit Sensoren und Elektronik, die direkt an der Oberfläche des Gehirns eines Epilepsiepatienten integriert werden können", erklärt Rogers. Ziel ist es, durch Beobachtung der Gehirntätigkeit epileptische Anfälle vorhersagen und durch elektrische Stimuli sogar verhindern zu können. Zwar sei das noch nicht gelungen, doch seien bereits erste Prototypen der entsprechenden Schaltkreise entstanden.

Die aktuelle Forschungsarbeit wurde vom Journal Science http://www.sciencemag.org in dieser Woche online veröffentlicht und baut auf einer rund zwei Jahre alten Arbeit auf. Gemeinsam mit noch zu veröffentlichen Forschungsergebnissen bildet es "eine Roadmap, um beinahe jede mechanische Charakteristik in Schaltkreisen von beinahe beliebiger Komplexität zu erreichen", so Rogers. Er rechnet damit, dass es in drei bis fünf Jahren erste kommerzielle Anwendungen der dehnbaren Elektronik geben wird. "Ich denke, dass das biomedizinische Geräte für die Prothetik, das Monitoring oder die Therapie sein werden", meint der Wissenschaftler.

Roboter der Zukunft mit Urin angetrieben
Künstliches Herz wandelt Harn in elektrische Energie um
 
Verkabelter Urin-Tank: Sprit für Roboter der Zukunft (Foto: brl.ac.uk)

Bristol (pte022/08.11.2013/13:15) – Ein neues Gerät soll menschliche Ausscheidungen in die Motorräume selbsterhaltender Roboter pumpen und somit deren Energieversorgung sicherstellen. Forscher der Bristol Robotics Laboratory http://brl.ac.uk haben die Apparatur dem menschlichen Herzen nachempfunden. Sie könnte dafür verwendet werden, die nächste Öko-Robotergeneration mit menschlichem Urin zu versorgen, die diese dann in elektrische Energie umwandelt.

Mikrobielle Brennstoffzellen genutzt

Bereits vier Generationen von Öko-Robotern haben die Wissenschaftler in den vergangenen zehn Jahren entwickelt, wobei jede einzelne Generation mikrobielle Brennstoffzellen, welche mit Hilfe von Mikroorganismen organische Substanzen verarbeiten, zur Energiegewinnung nutzt. In der Zukunft könnten solche Öko-Roboter in Gebieten hoher Verschmutzung oder hoher Gefahren eingesetzt werden. Ziel es es, dass nur geringe menschliche Instandhaltungsarbeiten vonnöten sind.

Roboter mit Urin als Treibstoff könnten Überwachungs- und Kontrolldienste leisten. Dazu gehören Temperatur-, Feuchtigkeits- und Luftqualitätsmessung. Gemeinsam können dabei mehrere solcher Roboter als Sensorennetzwerk fungieren, meint Peter Walters, einer der Forscher an dem Projekt. "In den Städten könnte man den Urin aus den öffentlichen Pissoirs gewinnen, auf dem Land wiederum aus den Schmutzwässern der Farmen", meint der Entwickler.

Künstliche Muskelfasern als Pumpe

Derzeit werden konventionelle Motorenpumpen verwendet, um die Brennstoffzellen der Roboter mit den notwendigen Abfällen zu beliefern. Jedoch sind diese anfällig für mechanisches Gebrechen. Die neue Gerätegeneration hingegen arbeitet ähnlich wie das menschliche Herz. Sie komprimiert den Körper der Pumpe und drängt dabei die Flüssigkeit nach außen. Dazu wurden intelligente Werkstoffe als künstliche Muskelfasern verwendet, die selbstständig und ohne Regelung von außen auf verändernde Umweltbedingungen reagieren.

Im Versuch konnte der urinbetriebene Roboter genug Energie generieren, um einen Kondensator aufzufüllen, der dann verwendet werden konnte, um einen neuerlichen Pumpzyklus des künstlichen Herzens zu beginnen. "Der künstliche Herzschlag ist mechanisch simpler als eine konventionell angetriebene Elektromotorpumpe mit dem Vorteil, dass wir künstliche Muskelfasern und keinen Elektromotor, der viel komplizierter im Aufbau ist, verwenden um, den Pumpvorgang zu ermöglichen", stellt Walters klar.

Modulator verwandelt Millimeterwellen in Licht

ETHZ macht Überbrückung der "letzten Meile" bis zum Internetanschluss schneller und billiger

"Letzte Meile" zum heimischen Internetanschluss (Bild: ethz.ch, Yannick Salamin)

Zürich/Seattle (pte013/21.11.2018/10:30) – Forscher der ETH Zürich (ETHZ) http://ethz.ch haben zusammen mit Kollegen der University of Washington http://uw.edu einen neuen Lichtmodulator entwickelt, mit dem sich durch hochfrequente
Millimeterwellen übertragene Daten direkt in Lichtpulse für Glasfasern
umgewandeln lassen. Dadurch könnte die Überbrückung der sogenannten
"letzten Meile" bis zum heimischen Internetanschluss deutlich schneller
und billiger werden.

Ohne Elektronik und Batterien

Der neue Lichtmodulator kommt gänzlich ohne Elektronik und Batterien
aus. "Dadurch ist unser Modulator vollkommen unabhängig von externer
Stromversorgung und zudem extrem klein, so dass man ihn im Prinzip an
jedem Laternenpfahl anbringen kann. Von dort aus kann er dann über
Millimeterwellensignale Daten aus einzelnen Häusern empfangen und direkt
in die zentrale Glasfaser speisen", erklärt ETHZ-Doktorand Yannick
Salamin.

Der Modulator besteht aus einem weniger als einen Millimeter großen
Chip, der die Millimeterwellenantenne enthält. Diese empfängt die
Millimeterwellen und wandelt sie in eine elektrische Spannung um. Die
Spannung fällt dann in der Mitte des Chips über einem dünnen Spalt ab.
Dort befindet sich ein nur wenige Mikrometer langer und weniger als
hundert Nanometer enger Schlitz, der mit einem für elektrische Felder
besonders empfindlichen Material gefüllt ist.

In diesen Schlitz wird der Lichtstrahl der Glasfaser eingespeist. Dort
allerdings breitet sich das Licht – anders als in der Glasfaser oder in
der Luft – nicht mehr als elektromagnetische Welle, sondern als
sogenanntes Plasmon aus. Plasmonen sind Zwitterwesen aus
elektromagnetischen Feldern und Schwingungen elektrischer Ladung an der
Oberfläche eines Metalls. Dank dieser Eigenschaft kann man sie auf viel
engerem Raum einschließen als Lichtwellen.

Datenübertragung durch Trick

Eine direkte Datenübertragung wird durch einen Trick möglich. Denn das
Material im Schlitz sorgt dafür, dass auch kleinste von der Antenne
erzeugte elektrische Felder die Ausbreitung der Plasmonen stark
beeinflussen. Dieser Einfluss auf die Schwingungsphase der Wellen bleibt
erhalten, wenn die Plasmonen am Ende des Schlitzes wieder in
Lichtwellen umgewandelt werden. Auf diese Weise werden die in den
Millimeterwellen enthaltenen Daten-Bits direkt auf die Lichtwellen
übertragen – ohne Umwege über Elektronik und ohne Energiezufuhr von
außen.

Im Labortest mit 60 Gigahertz-Millimeterwellensignalen konnten die
Forscher bereits Datenübertragungsraten von bis zu zehn Gigabit pro
Sekunde über eine Entfernung von fünf Metern und 20 Gigabit pro Sekunde
über einen Meter demonstrieren. Außer dem winzigen Format und dem
geringen Energieverbrauch hat der Modulator noch andere Vorteile. "Die
direkte Übertragung von Millimeterwellen auf Lichtwellen macht unseren
Modulator besonders flexibel, was die Frequenzen und das genaue Format
der Datenkodierung angeht", so ETHZ-Forschungsleiter Jürg Leuthold.

Forscher-Grafiken illustrieren die Entdeckung (Grafik: Takahiro Tomita/U-Tokyo)

Tokio/Wako (pte014/07.12.2017/11:30) –

Ein Forscherteam um Professor Satoru Nakatsuji von der University of Tokyo http://www.u-tokyo.ac.jp/en , zu dem auch Wissenschaftler des privaten Forschungsinstituts Riken http://www.riken.jp/en gehören, hat ein antiferromagnetisches Material entdeckt, das einen
unerwartet großen thermomagnetischen Effekt aufweist, der auch
Nernst-Effekt genannt wird. Er beschreibt das physikalische Phänomen,
dass elektrische Spannung entsteht, wenn ein leitendes magnetisches
Material an einer Seite warm, an der anderen kalt ist. Normalerweise
passiert das in einem äußeren Magnetfeld. Im Fall des neuen Materials
ist das jedoch nicht nötig. Der Effekt lässt sich nutzen, um Strom etwa
mit Abfallwärme zu erzeugen.

Flotte Flitzer in dichter Materie

Die Forscher fanden heraus, dass der Nernst-Effekt bei
Mangan-Zinn rund 100 Mal größer ist, als von der Magnetisierung her zu
erwarten war. Damit steht es auf der gleichen Stufe wie die besten
Ferromagneten. Die Wissenschaftler machen Weyl-Fermionen dafür
verantwortlich. Diese Atomkern-Bauteilchen wurden erst 2015
experimentell nachgewiesen, aber bereits 1929 von dem deutschen Physiker
Hermann Weyl vorausgesagt. Weil sie keine Masse haben und selbst durch
dichteste Materie flitzen können, sind sie für elektronische Anwendungen
hochinteressant.

Auftakt für weitere Entdeckungen

"Unsere Studie zeigt, dass thermoelektrische
Anwendungen von Magneten ein großes Potenzial haben", so Nakatsuji. "Wir
glauben, dass unsere Arbeit den Weg freimacht für die Entdeckung
ähnlich potenter thermoelektrischer Materialien." Generatoren, die auf
dem Nernst-Effekt basieren, sind laut dem Forscherteam zwar nicht so
leistungsstark wie Systeme,die auf anderen physikalischen Phänomenen
beruhen. Trotzdem stoßen sie auf großes Interesse, weil ihr Aufbau
einfacher ist und sie sich leichter formen lassen, sodass der Kontakt zu
Wärmequelle inniger wird. Dies wiederum kommt der Stromproduktion
zugute.

Die Fachwelt war lange davon überzeugt, dass der
Nernst-Effekt ausschließlich von ferromagnetischem Material verursacht
werden kann, also Werkstoffen, die selbst über magnetische Eigenschaften
verfügen. Antiferromagnetisches Material ist dagegen nicht magnetisch,
obwohl in seinem Inneren zahlreiche Magnete stecken. Deren Wirkung hebt
sich jedoch auf. So wie es bei einer Legierung aus Mangan und Zinn der
Fall ist, die dennoch den Nernst-Effekt zeigt.

Wissenschaftsjahr 2013 – Die demografische Chance:

Ausstellung „Alle Generationen in einem Boot“ von Staatssekretär Schütte eröffnet

Mitmach-Ausstellung auf der MS Wissenschaft

Am 30. April 2013 startet das Ausstellungsschiff MS Wissenschaft in
Berlin seine Tour durch 40 Städte in Deutschland und Österreich. Im
Wissenschaftsjahr 2013 – Die demografische Chance präsentiert die
Ausstellung an Bord Exponate aus d
er Forschung zum demografischen Wandel. Das schwimmende Science Center
des Bundesministeriums für Bildung und Forschung bietet vor allem
Schülern ab 12 Jahren und Familien faszinierende Einblicke in die
Forschung. Der Eintritt ist frei.

Die
Ausstellung „Alle Generationen in einem Boot – Gemeinsam den
demografischen Wandel gestalten“ erläutert Schlagworte wie
„Generationenvertrag“ und „Alterspyramide“ und zeigt die
Bevölkerungsentwicklung in deutschen Kommunen. Ökonomen rechnen vor, wie
sich eine längere Schulbildung auf die spätere Rente auswirkt und
Sozialwissenschaftler geben erstaunliche Einblicke in die Welt der
Vorurteile: Junge Frauen haben andere Vorstellungen von Karriere,
Familie und Partnerschaft als junge Männer häufig vermuten – und
umgekehrt. An einer Morphing-Station können die Besucher sich ein Bild
davon machen, wie sie mit 70 oder 80 Jahren aussehen.

Ingenieurwissenschaftler
zeigen auf dem Schiff, wie sie Senioren-Wohnungen so ausstatten, dass
ältere Menschen möglichst lange in den eigenen vier Wänden leben können. „Die Ausstellung zeigt, dass der demografische Wandel eine Menge Herausforderungen mit sich bringt, die jedoch

nicht einfach auf uns zu rollen, sondern gemeinsam gestaltet werden können. Genau dazu wollen wir mit der Ausstellung anregen“, sagte Prof. Dr. Gerold Wefer, Vorsitzender des Lenkungsausschusses von Wissenschaft im Dialog, anlässlich der Eröffnung der MS Wissenschaft 2013.

Konzipiert und umgesetzt wurde die Ausstellung im Auftrag des BMBF von der Initiative der deutschen Wissenschaft – Wissenschaft im Dialog. Die Exponate werden von Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft,
der Leibniz-Gemeinschaft und der
Max-Planck-Gesellschaft sowie von DFG-geförderten Projekten, Hochschulinstituten und weiteren Partnern zur Verfügung gestellt.

Der FWF – Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung ermöglicht den Aufenthalt in Österreich.

Informationen:

www.ms-wissenschaft.de und www.demografische-chance.de

Elektro-Bus: Aufladen über externe Ladeplatte
Kabellose Stromquellen könnten an Haltestellen angebracht werden
 
Elektro-Bus: wird über Ladeplatte mit Strom versorgt (Foto: usu.edu)

Utah/Hamburg (pte015/29.10.2013/11:30) – Forscher der Utah State University http://usu.edu haben einen elektrischen Bus entwickelt, der in der Lage ist, sich über externe Ladeplatten kabellos aufzuladen. Die Technologie wird als "Wireless Advanced Vehicle Electrification" (WAVE) bezeichnet und könnte das öffentliche Verkehrssystem in naher Zukunft revolutionieren. Dabei wäre es möglich, dass die Fahrzeuge sowohl in der Garage als auch an den einzelnen Haltestellen mit Strom versorgt werden.

Alltäglicher Einsatz vorstellbar

Aus der Sicht eines Zukunftsforschers ist der flächendeckende Einsatz solcher Fahrzeuge durchaus denkbar. "Ich bin davon überzeugt, dass solche Ansätze eines Tages zu unserem Stadtbild gehören werden. Immerhin birgen diese Möglichkeiten enorme Vorteile für Umwelt, Betreiber und Nutzer", erläutert Ulrich Reinhardt, wissenschaftlicher Leiter der Stiftung für Zukunftsfragen in Hamburg http://stiftungfuerzukunftsfragen.de , gegenüber pressetext.

"Die entscheidende Frage ist jedoch, wann solch ein Bus zu einem bezahlbaren Preis in die Massenproduktion gehen könnte", wendet er ein. Hier liege der Knackpunkt. "Derzeit konkurrieren verschiedene alternative Antriebssysteme, die alle unser Leben verbessern und die Mobilität revolutionieren würden, aber bisher ist kein System so ausgereift, das es in den Alltag einzieht", schildert Reinhardt die Problematik. Das Fazit des Experten: "Diese Systeme werden sich voraussichtlich im Laufe der nächsten zehn Jahre durchsetzen."

Batterien leichter und günstiger

Ein weiterer Vorteil der Elektro-Busse besteht darin, dass sie über einen speziellen Untersatz verfügen und daher absolut kabellos funktionieren. Außerdem könnten diese mit wesentlich leichteren und günstigeren Batterien betrieben werden, da sie durch regelmäßige Zwischenstopps häufiger aufgeladen werden. Sobald sich der Untersatz des Busses direkt über der Ladeplatte befindet, wird die Energie über ein hoch magnetisches Feld an die Batterie abgegeben.

Jedes Mal, wenn der Bus über die Ladestation fährt, lädt sich dieser automatisch auf. Daher wäre es zum Beispiel denkbar, die Vorrichtung unter den Bushaltestellen anzubringen. Die Technologie ist in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen WAVE http://waveipt.com entwickelt worden und soll bis Ende 2014 in zehn Elektro-Busse integriert werden, die in Städten wie New York erstmals zum Einsatz kommen sollen.