Materials Chain News

The Materials Chain is a proactive research network aspiring to share and communicate its scientific work not only amongst its members but with the international materials science community.

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News Archive

  • Programmable Synthetic Materials

    28th August 2020, Materials Research


    Tong Li is an expert for atom probe tomography.
    © RUB, Marquard

    Programmable synthetic materials

    In DNA, information is stored in the sequence of chemical building blocks; in computers, information consists of sequences of zeros and ones. Researchers want to transfer this concept to artificial molecules.
    Artificial molecules could one day form the information unit of a new type of computer or be the basis for programmable substances. The information would be encoded in the spatial arrangement of the individual atoms – similar to how the sequence of base pairs determines the information content of DNA, or sequences of zeros and ones form the memory of computers. Researchers at the University of California in Berkeley and Ruhr-Universität Bochum (RUB) have taken a step towards this vision. They showed that atom probe tomography can be used to read a complex spatial arrangement of metal ions in multivariate metal-organic frameworks (MOFs).

    Professor Tong Li, head of the Atomic-Scale Characterisation research group at the Institute for Materials at RUB, describes the method together with Dr. Zhe Ji and Professor Omar Yaghi from Berkeley in the journal “Science”, published online on 7 August 2020.

    Decoding metal sequences

    MOFs are crystalline porous networks of multi-metal nodes linked together by organic units to form a well-defined structure. To encode information using a sequence of metals, it is essential to be first able to read the metal arrangement. However, reading the arrangement was extremely challenging. Recently, the interest in characterizing metal sequences is growing because of the extensive information such multivariate structures would be able to offer.
    Fundamentally, there was no method to read the metal sequence in MOFs. In the current study, the research team has successfully done so by using atom probe tomography (APT), in which the Bochum-based materials scientist Tong Li is an expert. The researchers chose MOF-74, made by the Yaghi group in 2005, as an object of interest. They designed the MOFs with mixed combinations of cobalt, cadmium, lead, and manganese, and then decrypted their spatial structure using APT.

    Just as sophisticated as biology

    In the future, MOFs could form the basis of programmable chemical molecules: for instance, an MOF could be programmed to introduce an active pharmaceutical ingredient into the body to target infected cells and then break down the active ingredient into harmless substances once it is no longer needed. They could also be used to capture CO2 and, at the same time, convert the CO2 into a useful raw material for the chemical industry.

    The synthetic world could reach a whole new level of precision and sophistication that has previously been reserved for biology.
    “In the long term, such structures with programmed atomic sequences can completely change our way of thinking about material synthesis,” say the authors. “The synthetic world could reach a whole new level of precision and sophistication that has previously been reserved for biology.”

    Original publication
    Zhe Ji, Tong Li, Omar M. Yaghi: Sequencing of metals in multivariate metal-organic frameworks, in: Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aaz4304

  • Making Enzymes Fit for Industrial Applications

    26th August 2020, Electrochemistry


    Together with their research partners, the team at the Center for Electrochemistry is working on the development of new catalysts.
    RUB, Marquard

    Bacterial enzymes are often powerful but also very sensitive catalysts. To call up their performance, they therefore need a special environment.
    Researchers at Ruhr-Universität Bochum (RUB) have developed new techniques for efficiently coupling bacterial enzymes to electrodes. Together with a team from the University of Utah, they realised a system for ammonia synthesis based on a nitrogenase enzyme. They also designed a hydrogen/oxygen biofuel cell based on a hydrogenase enzyme together with a team from the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion. Both papers have been published in the journal “Angewandte Chemie” in May and June 2020.

    Powerful enzymes require special conditions

    Many enzymes that occur in nature are powerful catalysts, such as the so-called [FeFe]-hydrogenases. Hydrogenases are used by bacteria to produce hydrogen, while nitrogenases succeed in activating the strongest bond in nature in nitrogen (N2). Both enzymes are highly sensitive to oxygen, but use readily available non-precious metals in their active centres. Thus they could one day replace expensive precious metal catalysts. “To use such highly sensitive catalysts for biofuel cells is still one of the biggest challenges in sustainable energy conversion,” says Professor Wolfgang Schuhmann, head of the RUB Centre for Electrochemistry and member of the cluster of excellence “Ruhr Explores Solvation”, Resolv.

    Biofuel cell realized with enzyme

    In cooperation with the team of Professor Wolfgang Lubitz from the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr, the Bochum group showed under which circumstances this is nevertheless possible. They used a so-called [FeFe] hydrogenase from the bacterium Desulfovibrio desulfuricans. Although this is a very efficient catalyst, it must be protected in the fuel cell from the oxygen required for operation at the second electrode.

    In this work, the scientists integrated the [FeFe]-hydrogenase for the first time into a biofuel cell operated with so-called gas diffusion electrodes. In this cell, hydrogen and oxygen are transported to the enzymes through a membrane. The team embedded the enzyme in a matrix consisting of a so-called redox polymer, which fixes the enzyme to the gas-permeable electrode surface, protects the enzyme from the harmful effects of oxygen and also establishes electrical contact between the enzyme and the electrode. With this design, the fuel cell achieved previously unattained high current densities of 14 milliamperes per square centimetre and high power densities of 5.4 milliwatts per square centimetre.

    Biobased process for ammonia production

    In the second project, the research team at RUB, together with the US group led by Professor Shelley Minteer from the University of Salt-Lake City, looked for a bioelectrosynthetic alternative for ammonia synthesis. In the chemical industry, ammonia is commonly produced using the Haber-Bosch process at high temperature and high pressure and with a considerable release of CO2.

    Some bacteria possess enzymes, called nitrogenases, with which they fix molecular nitrogen (N2) and can metabolise it at room temperature and without increased pressure. However, in living organisms this consumes a lot of energy in the form of the energy storage molecules ATP.

    The research team showed that it is possible to couple the nitrogenase from the bacterium Azotobacter vinelandii with an electrode through which the necessary electrons for the reaction can be supplied, so that no ATP is required. Once again, the key to success was a redox polymer that helped to establish a stable and efficient electrical contact between the electrode and the nitrogenase/redox polymer composite. “To our knowledge, the fixation and contacting of nitrogenases in redox polymers is the first step in making nitrogenases applicable for bioelectrosynthesis,” write the authors of the study.

    Funding

    The work with the hydrogenase was financially supported by the German Research Foundation within the framework of the Cluster of Excellence Resolv (EXC 2033, project number 390677874) and within the priority program “Iron-Sulfur for Life” (SPP 1927, project BI 2198/1-1). Further support came from the Max Planck Society.

    The work with the nitrogenase was supported by the US Department of Energy (DE-SC0017845), by Fulcrum Biosciences, by the German Research Foundation within the Cluster of Excellence Resolv (EXC 2033, project number 390677874), by the European Research Council and within the framework of the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (CasCat, funding number 833408).

    Original publications
    Julian Szczesny, James A. Birrell, Felipe Conzuelo, Wolfgang Lubitz, Adrian Ruff, Wolfgang Schuhmann: Redox‐polymer‐based high‐current‐density gas‐diffusion H2‐oxidation bioanode using [FeFe] hydrogenase from Desulfovibrio desulfuricans in a membrane‐free biofuel cell, in: Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202006824

    Yoo Seok Lee, Adrian Ruff, Rong Cai, Koun Lim, Wolfgang Schuhmann, Shelley D. Minteer: Electroenzymatic nitrogen fixation using a MoFe protein system immobilized in an organic redox polymer, in: Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202007198

    Press contact
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann
    Analytical Chemistry
    Center for Electrochemistry
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr-Universität Bochum
    Germany
    Phone: +49 234 32 26200
    Email: wolfgang.schuhmann@rub.de 

  • Chemists in the Heisenberg Program

    25th August 2020, High Distinction for two Materials Chain Scientists


    © V. Unkovic, © B. Gökce

    Developing new materials: Junior Professor Michael Giese does this just like Lecturer Dr. Bilal Gökce - but in very different ways. For their outstanding research, the two chemists from the Materials Chain at University of Duisburg-Essen (UDE) have been accepted into the Heisenberg Program of the German Research Foundation (DFG).

    Funding is being provided for Giese's project "Supramolecular liquid crystals - a modular concept for 'smarter' materials", in which he and his team are designing a sort of construction kit. Its components can be assembled to form substances with desired properties.

    Liquid crystals are the focus of his research. "We encounter them in everyday life, for example in cell phones or flat screens," explains Giese. "In our module system, we can add structural color components to the liquid crystals. In nature, this color makes bird feathers or insect wings shimmer and is created by the refraction of light.

    The exciting thing, says Giese: Depending on the composition of the materials, they react to various changes in the environment. For example, if temperature or light changes, they can modify their properties again and again.

    "In the laboratory, we first let nature run wild, it is the master builder, and the molecular building blocks and patterns create themselves autonomously," explains Michael Giese. "The challenge for us is to design the components afterwards so that they can be used in a versatile and flexible way.

    Better Materials for 3D Printing

    Gökce, on the other hand, focuses on 3D printing. "The enormous potential of powder-based 3D printing has not yet been fully realized because many available materials are still inadequate for these printers. I'm enabling 3D printing of new materials through the targeted addition of nanoparticles and improving the properties of 3D-printed polymer or metal components," the chemist explains.

    Bilal Gökce is pursuing two directions. First, he is investigating how laser-based nanoparticle production can be upscaled and the size of the particles produced can be controlled. He uses these nanoparticles to develop new powders for 3D printing of magnets, optics or materials with special mechanical properties. "For the first time, the entire process chain of 3D printing - from material to component - will be explored in a holistic approach," says the UDE scientist.

    Gökce himself receives much praise from the DFG reviewers: In his proposal, the DFG states that "the goals and sub-goals are so perfectly described and completely convincingly substantiated that one can be sure that real progress in understanding materials and developing methods will be achieved here."

    The Heisenberg Program honors highly qualified researchers in all disciplines and is intended to enable them to work on more advanced topics, among other things. Of the four funding options in the program, the professorship is the most desired.

     

    Further information:
    Jun. prof. Dr. Michael R. A. Giese, Organic Chemistry, Supramolecular Materials, Tel. 0201/18-3 2087, michael.giese@uni-due.de 
    PD Dr. Bilal Gökce, Technical Chemistry I, Tel. 0201/18-3 3146, bilal.goekce@uni-due.de 

    Editorial Office: Alexandra Nießen, Tel. 0203/37 9-1487, alexandra.niessen@uni-due.de 

  • Priority Program Continues

    24th August 2020, From Detailed Understanding to Industrial Scale


    View of the center of the standardized synthesis reactor "SpraySyn", which was specially developed for the reproducible production and investigation of nanoparticles from a spray flame. The flame is examined using a special sampling probe that is suitable for temperatures of up to 2600°C.
    © Samer Suleiman, IVG/CENIDE

    Many materials reveal new, promising properties when they are nanostructured, i.e. built up from tiny particles. One way of doing this is spray flame synthesis, which can be used to produce a wide variety of materials. Making the process already established in the laboratory ready for industrial scale is one of the aims of the Priority Program (SPP) 1980 under the coordination of the Center for Nanointegration (CENIDE) at University of Duisburg-Essen (UDE). The German Research Foundation is funding the program for another three years with about 7.5 million euros.

    Since 2017 the project partners have been working under the coordination of UDE Professor Christof Schulz to understand the underlying processes of spray flame synthesis. With this knowledge, alternatives for expensive specialty chemicals and solvents can be found and the required synthesis plants can be designed to fit exactly. Only then the process is attractive for larger scale industrial applications and the production of materials, for example for batteries, catalysts or gas sensors.

    Building on acquired knowledge

    "Now, in the second funding phase, we are focusing on further questions: How can the processes be transferred to industrial scale? What can be used to replace expensive or toxic raw materials and which product spectrum is possible at all," explains Schulz. To this end, the scientists continue to use the specially developed standard burner "SpraySyn", whose standardized structure is used to study the spray flame synthesis of nanoparticles in detail. The results can be used to develop simulation procedures that help transfer the process from laboratory to production scale. A database not only documents the results of all project participants, but also serves beyond the SPP to document and further develop the process understanding.

    The UDE is significantly involved in eight of the 19 projects of the SPP 1980 "Nanoparticle synthesis in spray flames, SpraySyn: measurement, simulation, processes". Its nanoparticle synthesis facility at the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) closes the gap between laboratory scale and industrial production. In addition, all project partners have access to a joint central laboratory for laser-optical investigations in the NETZ.

    Further information:
    https://www.uni-due.de/spp1980  
    Prof. Christof Schulz, Institute of Combustion and Gas Dynamics - Reactive Fluids, Tel. 0203/37 9-8161, christof.schulz@uni-due.de 

  • Challenges in the Development of Electrocatalysts

    20th August 2020, Energy Conversion


    © RUB, Marquard

    Efficient catalysts are crucial for energy conversion. However, findings from basic research rarely make it into practice at present. What would have to change to develop efficient, stable and selective catalysts for industrial application is described by Prof. Dr. Corina Andronescu from the Center for Nanointegration (CENIDE) at the University of Duisburg-Essen (UDE) and partners from the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion and Ruhr-Universität Bochum in a review article. It was published online in the journal “Angewandte Chemie” on 30 June 2020.

    Three chemical reactions would be particularly suitable for energy conversion: the electrolysis of water to hydrogen and oxygen, which can later be used to generate electrical energy in fuel cells; the conversion of nitrogen into ammonia, an important starting material for the chemical industry; and the electrochemical conversion of CO2 into other starting materials for industry, such as ethylene.

    Activity, selectivity and stability of catalysts

    In their review article, the authors from the University Alliance Ruhr (UA Ruhr), describe that research on new catalysts must always keep three factors in mind: activity, selectivity and stability. Activity describes how powerful a catalyst is at a given energy input. Selectivity is defined as the ability to produce the desired substance without contaminating by-products. The stability indicates how efficient a catalyst is in the long run.

    “Many publications claim high activity, stability and selectivity of electrocatalysts for important energy conversion reactions, but there is a lack of evidence”, says Wolfgang Schuhmann, head of the Centre for Electrochemistry and member of the Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence, Resolv (solvation.de).

    Gap between basic research and application

    Masa, Andronescu and Schuhmann criticize, among other things, that often not enough importance is attached to the stability of catalysts. “The underestimation of catalyst stability is largely responsible for the huge gap between seemingly exciting breakthroughs in the design of active catalysts and the practical implementation of such catalysts in technical applications,” they write.

    The team identifies five factors that hinder the step from research to practice:

    • - The performance and material properties of catalysts under application-relevant conditions differ from those under laboratory conditions.
      There are no defined guidelines for assessing and comparing the performance of catalysts.
    • - Unsuitable characterisation methods are often used to determine the performance of electrocatalytic reactions.
    • - Too little is known about the active centres of the catalysts and their long-term stability. For example, influences of the surrounding solvent molecules and ions on the function are neglected.
    • - To determine the activity of a catalyst, its actual surface area must be known. Nanoparticle ensembles are often used as catalysts for which conventional methods of surface determination are not suitable

    In their article, Justus Masa, Corina Andronescu and Wolfgang Schuhmann use experimental results to demonstrate how important it is to always think about the stability of catalysts in an integrated way with their activity.

    Original Publication: Justus Masa, Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann: Electrocatalysis as the nexus for sustainable renewable energy. The Gordian knot of activity, stability, and selectivity, Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202007672
    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007672?af=R 

     

    Further Information:
    Prof. Dr. Corina Andronescu, Technical Chemistry III (University of Duisburg-Essen), corina.andronescu@uni-due.de 
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie (Ruhr-Universität Bochum), Tel. 0234/32 2620, wolfgang.schuhmann@rub.de 

    Editor: Dr. Julia Weiler (RUB)

  • Laser Expert Receives DAAD Scholarship

    20th August 2020, Research in Moscow


    © privat

    There are projects that cannot be realized in video chat. Dr. Peter Fyodorov, laser physicist at University of Duisburg-Essen (UDE), will be spending a year in Moscow starting in September doing research with an internationally renowned expert. The German Academic Exchange Service (DAAD) finances his position through the PRIME program*.

    "Just two weeks ago I got the green light for the trip, Russia is still a high-risk area," says Peter Fyodorov, who works at the engineering science institute for combustion and gas dynamics. Because of Corona, he is therefore probably one of the few PRIME candidates this year who can start their project.

    In Moscow, the 37-year-old has chosen the working group around Professor Vladimir Kozlovsky at the Lebedev Institute of the Russian Academy of Sciences. The host is recognized worldwide for the growth of laser crystals, which are used, among other things, to develop various lasers in the mid-infrared range (MIR). They enable very sensitive measurements of gas phase species in physico-chemical processes, for example.

    Fyodorov will combine the MIR lasers with the ICAS (intracavity absorption spectroscopy) measuring technique. "This technology is my specialty," says the UDE scientist. With ICAS, the sample to be examined is placed directly into the laser, which enables high measurement sensitivities. "If we combine the know-how of the Russian institute and the UDE, we can achieve extremely high sensitivity and thus discover so-called intermediates in combustion processes. These substances, which are created in the course of a multi-stage chemical process, often play an important role. However, since they occur in very low concentrations, they have only been studied to a limited extent," says Fyodorov.

    Another PRIME fellow from the UDE has just returned from his stay abroad: Dr. Leonid Ryvkin. He spent a year at the Institut de Mathématiques de Jussieu-Paris Rive Gauche, the largest research center for basic mathematics in France. There Ryvkin worked on so-called multisymplectic geometry and singular foliations.

    * PRIME is the abbreviation for Postdoctoral Researchers International Mobility Experience.

     

    Further information:
    Dr. Peter Fyodorov, Institute of Combustion and Gas Dynamics, Tel. 0203/37 9-4772, peter.fjodorow@uni-due.de 

    Editorial office: Alexandra Nießen, Tel. 0203/37 9-1487, alexandra.niessen@uni-due.de 

     

  • Christof Schulz New Deputy Director

    18th August 2020, Decision of the Management Board


    © IVG

    Professor Christof Schulz (Faculty of Engineering - University of Duisburg-Essen) is the new Deputy Scientific Director of CENIDE - the Board of Directors elected him at its meeting last Thursday.

    He succeeds Professor Malte Behrens (Faculty of Chemistry), who has held the office since December 2018 but was not up for re-election due to his call to Kiel. Scientific director is still Professor Heiko Wende (Faculty of Physics).

    Further information:
    Dr. Tobias Teckentrup, phone 0203 37 9-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

  • Research Report Nanosciences

    7th August 2020, Successful performance


    © AG Bovensiepen/N. Rothenbach et al., Phys. Rev. B 100 (2019)

    Tiny polymer cups that could one day remove oil residues from water or the production of high-quality catalyst materials in just one step - exciting scientific insights are offered by the new special issue "Nanosciences", which was published on the occasion of the research report of University of Duisburg-Essen (UDE).

    In 2018 and 2019, two new Collaborative Research Centers (SFB/TRR 247 "Heterogeneous Oxidation Catalysis in the Liquid Phase" and SFB/TRR 270 "HoMMage - Hysteresis Design of Magnetic Materials for Efficient Energy Conversion" have been launched or approved. Together with the SFB 1242 "Non-equilibrium dynamics of condensed matter in the time domain", which has been in existence since 2016, CENIDE an Materials Chain members now play a major role in three SFB/TRRs and are involved in another one with six subprojects.

    In addition to these and other highlights on publications, international cooperations, prizes and awards, the topics of transfer and sustainability are not neglected, because: The development and research of sustainable technologies and materials is the focus of many Cenide and Materials Chain working groups.

    The Nanoscience Research Report can be downloaded from www.uni-due.de/imperia/md/content/cenide/forschungsbericht2019.pdf. Printed copies are available on request.

    Editor: Steffi Nickol, 0203 37-98177, steffi.nickol@uni-due.de 
    Sarah Heuser, sarah.heuser@uni-due.de 

     

  • New High-tech Microscope in Physics

    4th August 2020, Zoom in to Half a μ


    Prof. Marika Schleberger changing samples.
    © UDE/Andreas Reichert

    Funny question: What do physicists do all day long? They measure! The research group of Materials Chain and CENIDE member Prof. Marika Schleberger from University of Duisburg-Essen (UDE) has now acquired a special device with which it can characterize 2D materials even better than before. This so-called confocal Raman microscope provides high-resolution images combining information from Raman, photoluminescence spectroscopy and scanning probe microscopy. In this way, the structure and electronic properties of graphene and other wonder materials can be precisely determined.

    The samples that come under the new microscope are only a few tens of micrometers in size. They do not have to be marked or prepared in any other way. You can zoom in, scan the area and measure structures that are only half a micrometre in size - at thousands of positions on the sample.

    "The instrument will greatly accelerate the demanding analyses of our working group. For a measurement with 250 x 250 points we will only need about 15 minutes, which otherwise took three hours," says experimental physicist Schleberger happily. "Thanks to the excellent resolution and the combination of the methods, the different spectra can be recorded in parallel for each point and displayed in color-coded form."

    In future, the device will not only be used by researchers. Advanced students of physics, energy science and nanoengineering will also learn how to use the special microscope and become familiar with 2D materials. "As ultra-thin, quasi two-dimensional layers, these materials have completely different properties than in their usual three-dimensional form," explains Schleberger. "Ultra-thin molybdenum disulfide, for example, glows when irradiated with a laser. It can therefore be used for flexible LEDs."

    How much does a confocal Raman microscope like this cost? At 470,000 euros, it is nothing "that can be paid out of petty cash", says Schleberger. "Fortunately, the German Research Foundation and the state of North Rhine-Westphalia supported the purchase."

    Further information:
    https://www.uni-due.de/physik/newsarchiv2020.php 
    Prof. Dr. Marika Schleberger, Experimental Physics, Tel. 0203/37 9-1600, marika.schleberger@uni-due.de 

    Editor: Ulrike Bohnsack, Tel. 0203/37 9-2429, ulrike.bohnsack@uni-due.de 

  • Nanocatalysts Made of Metallic Glass

    20th July 2020, Humboldt Fellow at NETZ


    © privat

    They combine the properties of metal and glass and thus reveal new possibilities: Among other features, metallic glasses have extraordinary catalytic properties. Dr. Shunxing Liang intends to exploit this for water splitting, i.e. the production of hydrogen as an energy carrier. To this end, he wants to generate nanoparticles of this promising material by pulse laser ablation in liquids. The 29-year-old is a Humboldt Fellow at the NanoEnergieTechnik-Zentrum (NETZ) at the University of Duisburg-Essen (UDE) for one year.

    Metallic glasses are comparatively new in the glassy family. They combine the best of both materials. They conduct electricity like metals but have an internal structure like glass that is completely untypical of alloys: Their atoms are not arranged in a regular lattice but are as mixed up as in our windows made of classic silicate glass. This chaotic structure makes the material e.g. stronger than traditional alloys (like steel and bronze), and thus provides a wider application potential.

    New Generation of Nanocatalysts

    “Because of their large surface compared to their volume, nanoparticles are, in general, very well suited for catalytic purposes”, explains Dr. Shunxing Liang. “Let alone those made of metallic glasses.” His method of choice to synthesize these new generation of nanocatalysts is laser ablation in liquids. In this process, a laser vaporizes material from the selected substrate with ultra-short laser pulses. In the surrounding solvent, the material combines to form nanoparticles.

    What sounds simple has never been achieved with the envisaged material: Dr. Liang aims to stabilize the disordered structure in the particles during their synthesis. "It is an ambitious but promising plan", says Dr. Sven Reichenberger, head of the junior research group on laser-based synthesis of nanomaterials for energy research, where the Alexander von Humboldt fellow takes part in. "Within a few billionths of a second, we locally heat the materials to temperatures like those prevailing on the sun’s surface and then cool the ejected material back down to the ambient temperature just as quickly. This leaves the atoms no time to rearrange in a regular lattice."

    Dr. Reichenberger’s laboratories are located in the NETZ, a research building dedicated to the development of materials for energy technology. The microscopy center in the basement makes it possible to analyze samples on the spot and thus improve the production process step by step.

    Dr. Liang studied mechanical engineering at South China Agricultural University before completing his master and PhD degree at Edith Cowan University in Perth, Australia. Back then, he mainly focused on metallic glasses and their advanced application in wastewater treatment.

    Further Information:

    Dr. Shunxing Liang, Technical Chemistry I, + 49 203/37 9-8217, shunxing.liang@uni-due.de
    Dr. Sven Reichenberger, Technical Chemistry I, +49 203/37 9-8116, sven.reichenberger@uni-due.de
    https://www.uni-due.de/reichenberger-group/

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. +49 203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

     

  • Superconducting Nickelates

    17th July 2020, Cuprate-like Behavior in a Nickel-oxide Film


    Side view of the infinite-layer (top) and the perovskite structure (bottom) on SrTiO3. Only the infinite layer structure induces a two-dimensional electron gas at the interface (framed in blue).
    © B. Geisler and R. Pentcheva

    Superconductors transmit electric current without loss at any distance and play an important role in quantum computers and medical imaging. Unfortunately, the stars among the electrical conductors work exclusively at extremely low temperatures. Since the discovery of high-temperature superconducting cuprates with their characteristic copper-oxygen plaquettes in 1986, scientists have been searching for similar behavior in other materials classes. It was not until 2019 that superconductivity was reported in a nickel oxide, but the underlying mechanism is still unclear. Theoretical physicists from the Center for Nanointegration (CENIDE) at the University of Duisburg-Essen (UDE) have therefore studied the electronic properties of the material and found a possible explanation. 

    Since bulk neodymium nickel oxide (NdNiO2), which exhibits an analogous crystal structure and valence electron number as the cuprates, does not show superconductivity, Prof. Rossitza Pentcheva and Dr. Benjamin Geisler focused on the role of the film geometry. They simulated a 1.5 nanometer thin layer of this so-called infinite-layer nickelate on a strontium titanate substrate (SrTiO3) in comparison to a perovskite (NdNiO3) film based on quantum-mechanical simulations at the supercomputer MagnitUDE.

    Two-dimensional electron gas discovered

    Despite the fact that both systems have a charge mismatch at the interface, a major difference appears in accommodating it: Only in the infinite-layer case does the charge mismatch lead to the formation of a two-dimensional electron gas at the interface. "It is known from other materials combinations that such a two-dimensional electron gas can be superconducting" explains Pentcheva. Moreover, in contrast to the bulk, the infinite-layer film shows a cuprate-like electronic behavior, indicating that the film geometry may play a significant role in the emergence of superconductivity.

    The more that is known about the origin of superconductivity, the better the chances are that the sought-after property can be specifically induced in tailor-made material systems, even at room temperature. 

    Original Publication:
    B. Geisler and R. Pentcheva: „Fundamental difference in the electronic reconstruction of infinite-layer versus perovskite neodymium nickelate films on SrTiO3(001)“. Phys. Rev. B 102, 020502(R) (2020) , Rapid Communication, Editors’ Suggestion
    https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.020502

    Further Information:
    Prof. Rossitza Pentcheva, Computational Materials Physics, +49 203 37 9-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Science and Society in Dialogue

    14th July 2020, Engineer Appointed to the Young Academy of the Leopoldina


    © UDE/Frank Preuß

    Anyone who is a member here has not only written an excellent dissertation, but has also done outstanding work beyond that - and has done so at a young age: Junior Professor Doris Segets from the Center for Nanointegration (CENIDE) at University of Duisburg-Essen (UDE) has been appointed to the Young Academy of the Leopoldina. Together with 49 other scientists and artists, she now has the opportunity for five years to help shape the exchange between society and research.

    "My selection interview was on a Friday afternoon, and then it all happened one after the other," reports Segets. "The decision came that very evening and six days later the first meeting began - partly online, partly in presence in Berlin. Our topics ranged from mopheads to artificial intelligence and EU science policy. It was incredibly inspiring, but I was also quite exhausted afterwards".

    Since December 2018, Segets has headed the working group "Process Technology for Electrochemical Functional Materials" at the NanoEnergyTechnologyCenter (NETZ) at UDE. Her professorship is part of the programme for the promotion of young scientists (WISNA) set up by the federal government, which aims to offer young scientists a transparent and plannable path to a lifetime professorship.

    Her focus is on the further processing of functional nanoparticles for future technologies such as batteries or fuel cells: Among other things, her research group analyses the properties of these particles in order to understand how they behave in contact with certain liquids. If they can be distributed in a controlled manner, the result is a dispersion such as an ink or paste from which structured, functional layers can be printed over large areas for numerous applications.

    From science to society

    The Young Academy is a joint project of the Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities and the renowned Leopoldina. It offers young scientists and artists a platform for exchange among themselves across disciplines, but also for dialogue between science and society. With personal and central research budgets, members can jointly organize scientific projects such as workshops, panel discussions or symposia.

    Further information:
    Junior Professor Doris Segets, Process Engineering for Electrochemical Functional Materials, Tel. 0203/37 9-8230, doris.segets@uni-due.de 

  • Position Paper from the Engineering Sciences

    8th July 2020,


    A technology-open approach on the way to a global climate-neutral energy system - this is what more than 50 professors from leading German universities and research institutions recommend, including Prof. Christof Schulz from the Center for Nanointegration (CENIDE) at University of Duisburg-Essen (UDE). A position paper drawn up jointly with engineering scientists from Darmstadt Technical University and RWTH Aachen University draws attention to the thermal use of chemical energy sources. In addition to electrochemical energy conversion, these are indispensable for safe power generation and energy supply in vehicles, industry and residential buildings.

    "In the current climate target discussion, it is important to develop various technical options, which are indispensable for our society from an ecological and economic point of view, in parallel", the authors of the position paper are certain.

    Under the chairmanship of TU Darmstadt, around 50 internationally renowned scientists conducting research on chemically reactive flows and energy process engineering are calling for a strong competition of ideas. "In research and development, we would like to see guard rails from politicians, but not predetermined technology paths." The authors welcome the EU funding programme for hydrogen technology presented by the EU Commission as well as the German government's National Hydrogen Strategy. With their position paper, they also want to point out options with which the engineering and natural sciences can responsibly master the challenges posed by the restructuring of our energy systems. They point to the extensive expertise on thermochemical energy technologies available in Germany.

    Replacing fossil energy sources

    The position paper outlines a gradual transformation of the energy system towards climate neutrality with the help of chemical energy sources. Processes for the thermochemical and electrochemical energy conversion of fuels, such as those used in gas-fired power plants and fuel cells, are to be further developed.

    Gas turbines in the electricity industry or hybrid drives in vehicles would continue to be useful and necessary in order to achieve the goals of reducing global warming. Fossil energy sources used so far, however, would have to be increasingly replaced by regeneratively produced, for example CO2-neutral synthetic hydrocarbons. The proportion of carbon-free chemical energy carriers such as hydrogen produced with renewable energy is to increase.

    "Responsibility for a resilient energy system"

    The authors emphasize that an energy system geared purely to electric drives and storage systems cannot reliably cover demand. Important sustainable energy sources such as wind power and photovoltaics are subject to production fluctuations. There is a lack of capacity to store electrical energy on a large scale. The use of chemical energy sources from regenerative sources to generate electricity in power plants is a necessary component of the energy system after the phase-out of nuclear power and coal. Synthetic fuels can also make a contribution to energy system transformation in air and sea transport.

    In the opinion of the scientists, research and development, for example on energy converters for operation with non-fossil fuels and on plants with high efficiencies and low pollutant emissions, should be promoted, especially in Germany.


    Further information:
    Position Paper
    Prof. Christof Schulz, Institute of Combustion and Gas Dynamics - Reactive Fluids, Tel. 0203 37 9-8161, christof.schulz@uni-due.de 

  • New Chemistry for Ultra-thin Gas Sensors

    1st July 2020, Material Research


    Lukas Mai – he is reflected in a thin film – and Anjana Devi.
    © RUB Marquard

    A Bochum-based team has developed a new process for zinc oxide layers that can be used for nitrogen oxide sensors as well as protection layer on plastic.

    The application of zinc oxide layers in industry is manifold and ranges from the protection of degradable goods to the detection of toxic nitrogen oxide gas. Such layers can be deposited by atomic layer deposition (ALD) which employs typically chemical compounds, or simply precursors, which ignite immediately upon contact with air, i.e. are highly pyrophoric. An interdisciplinary research team at Ruhr-Universität Bochum (RUB) has now established a new fabrication process based on a non-pyrophoric zinc precursor that can be processed at temperatures low enough to allow plastics to be coated. The team published their report in the journal “Small”, where it was featured as the cover story in the edition from 4 June 2020.

    Deposition ultra-thin layers

    In order to produce a sensor for nitrogen dioxide (NO2), a thin layer of nanostructured zinc oxide (ZnO) must be applied to a sensor substrate and then integrated into an electrical component. Professor Anjana Devi’s team used ALD to apply ultra-thin ZnO layers on such sensor substrates. 

    In general, ALD processes are used in industry to miniaturise electrical components using ultra-thin layers, some of which are only a few atomic layers thick, while at the same time increasing their efficiency. For that, suitable precursors are required that react at surfaces to form such a thin film. “The chemistry behind ALD processes is therefore essential and has a huge impact on the resulting thin films,” points out Anjana Devi.

    Safe handling and highest quality

    To date, industrial manufacturers have been producing ZnO thin films by deploying an extremely reactive, highly pyrophoric zinc precursor via ALD. “The key for the development of a safe alternative ALD process for ZnO at RUB was to develop a new, non-pyrophoric precursor that is safe to handle and is able to deposit ZnO thin films of the highest quality,” explains Lukas Mai, lead author of the study. “The challenge was to find alternative chemistries to replace the pyrophoric compounds that are generally used in the industry for ZnO.”

    The unique aspect of the new process is that it can be performed at very low process temperatures, thus facilitating deposition onto plastics. Consequently, the new process can be used not only for the manufacture of gas sensors, but also of gas barrier layers. In the packaging industry, such layers are applied on plastics to protect degradable goods such as food or pharmaceuticals from air.

    Cooperation partners

    The research could be carried out thanks to an interdisciplinary collaboration of natural scientists and engineers. The team included the research groups Inorganic Materials Chemistry headed by Professor Anjana Devi and Electrical Engineering and Plasma Technology headed by Professor Peter Awakowicz, researchers from Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, and the company Paragon.

    Funding

    The research was funded by European Regional Development Fund (EFRE) in the Funald project and by the German Research Foundation as part of the Collaborative Research Centre/Transregio TR87. Lukas Mai was funded by Stiftung der Deutschen Wirtschaft for his doctoral studies.

    Original publication

    Lukas Mai et al.: Zinc oxide: from precursor chemistry to gas sensors: plasma‐enhanced atomic layer deposition process engineering for zinc oxide layers from a nonpyrophoric zinc precursor for gas barrier and sensor applications, in: Small, 2020, DOI: 10.1002/smll.202070122

    Press contact

    Prof. Dr. Anjana Devi

    Inorganic Materials Chemistry


    Chair of Inorganic Chemistry II

    Faculty of Chemistry and Biochemistry


    Ruhr-Universität Bochum


    Germany
    Phone: +49 234 32 24167 

    Email: anjana.devi@rub.de


    Editor: Meike Drießen
  • Nanoparticles at the Push of a Button

    29th June 2020, EU Project Starts


    The future founders Tobias Bessel (left) and Dr. Friedrich Waag do not need the laser safety glasses to operate their invention.
    © privat

    Insert capsule, refill with water if necessary, switch on: The machine whirrs a little, and the precious item runs into the waiting vessel. This is not about coffee, but nano particles. Two scientists from the Center for Nanointegration (CENIDE) at University of Duisburg-Essen (UDE) will start the "AutoProNano" project in July, in which their particle production machine, for which a patent has already been applied for, will be made ready for the market. Their goal is to spin off the company at the beginning of 2022.

    Colloidal nanoparticles are tiny particles of only a few millionths of a millimetre in diameter that float as separately as possible in a liquid. They are usually very expensive: gold nanoparticles cost about 300 times more than the same amount of pure precious metal in one piece.

    The prospective founders want to make life easier for researchers and developers: Their machine delivers colloidal nanoparticles at the touch of a button, whenever you need them. "It can be operated without instruction and only requires a power socket," explains chemist Dr. Friedrich Waag, who is managing the project together with Tobias Bessel, a chemical engineering assistant. In addition, production is very cost-effective and other costs are eliminated. But there is another reason why Bessel sees great potential for their development: "I can't think of any industry in which nanoparticles are not used as a general rule".

    Uncomplicated material change

    And this is how the compact benchtop unit works: Three tanks contain different solvents; the desired particle raw material is inserted into the machine as a platelet in a capsule. At the push of a button, the integrated microchip laser vaporizes material from the platelet surface with ultra-short pulses. In order to generate colloids of different material combinations, the liquid and platelets can be easily exchanged. The automatic cleaning in between prevents contamination.

    Waag and Bessel are currently looking for reinforcements for their team. "And we would be pleased if interested pilot users from research and development contact us," says Waag.

    The project is funded by the Europäischen Fonds für regionale Entwicklung, EFRE for short. The UDE supports the future founders primarily with offices and laboratories that they are allowed to use in Technical Chemistry I. This is also where Waag and Bessel got to know each other during their doctorates and training.

    Photo: They do not need the laser safety glasses to operate their invention: The future founders Tobias Bessel (left) and Dr. Friedrich Waag.

    Further information:
    Dr. Friedrich Waag, Technical Chemistry I, Tel. 0201 / 18 3-3750, friedrich.waag@uni-due.de 

     

  • New Insights into the Energy Levels in Quantum Dots

    25th June 2020, Physics


    Schematic representation of a charged exciton, i.e. an excited state consisting of two electrons and a hole in a quantum dot
    © RUB, Arne Ludwig

    Researchers have experimentally proven the theoretically predicted Auger effect in quantum dots. The findings help to understand the structures that could form the basis of quantum communication.
    Researchers from Basel, Bochum and Copenhagen have gained new insights into the energy states of quantum dots. These semiconductor nanostructures are promising candidates for the basic information units for quantum communication. With their experiments, the scientists confirmed certain energy transitions in quantum dots that had previously only been predicted theoretically: the so-called radiative Auger process. For the investigations, the researchers in Basel and Copenhagen used special samples produced by the team from the Chair of Applied Solid State Physics at Ruhr Universität Bochum (RUB). They report on the results in the journal Nature Nanotechnology, published online on 15 June 2020.

    Locking up charge carriers

    In order to create a quantum dot, the Bochum researchers use self-organizing processes in crystal growth. In the process, they produce billions of nanometre-sized crystals from, for example, indium arsenide. In these they can trap charge carriers, such as a single electron. This construct is interesting for quantum communication because information can be encoded with the help of charge carrier spinning. For this coding it is necessary to be able to manipulate and read the spin from the outside. During readout, quantum information can be imprinted into the polarisation of a photon, for example. The photon then carries the information at the speed of light and can be used for quantum information transfer.

    This is why scientists are interested, for example, in what exactly happens in the quantum dot when energy is irradiated from outside onto the artificial atom.

    Special energy transitions demonstrated

    Atoms consist of a positively charged nucleus surrounded by one or more negatively charged electrons. If an electron in an atom is excited, i.e. has an increased energy, it can reduce this energy in two ways: It can release the energy in the form of a single particle of light (photon) without affecting the other electrons. Or it comes to the Auger process, in which the high-energy electron transfers all its energy to the other electrons in the atom. This effect was discovered in 1922 by Lise Meitner and Pierre Victor Auger. About a decade later, physicist Felix Bloch described the so-called radiative Auger process. In this process the excited electron splits its energy between another electron in the atom and a photon.

    A semiconductor quantum dot resembles an atom in many ways. However, the radiative Auger process had previously only been predicted theoretically for quantum dots. Experimental proof has now been provided by researchers from Basel. The physicists Dr. Matthias Löbl and Prof. Dr. Richard Warburton, together with colleagues from Bochum and Copenhagen, demonstrated the radiative Auger process in the smallest possible system of one electron and one photon. This was the first time they showed a connection between this process and quantum optics. They proved that quantum optical measurements with the radiating Auger process can be useful to study the dynamics of single electrons.

    Applications for quantum dots

    Using the radiant Auger effect, scientists can also precisely determine the structure of the quantum mechanical energy levels available to a single electron in the quantum dot. Until now, this has only been possible indirectly through calculations in combination with optical methods. Now a direct proof has been achieved. This helps to better understand the quantum mechanical system.

    In order to find ideal quantum dots for different applications, questions such as How much time does an electron remain in the energetically excited state? What energy levels does a quantum dot form? And how can this be influenced by manufacturing processes?

    Different quantum dots in stable environments

    The group observed the effect not only in quantum dots in indium arsenide semiconductors. The Bochum team Dr. Julian Ritzmann, Dr. Arne Ludwig and Prof. Dr. Andreas Wieck also succeeded in producing a quantum dot from the semiconductor gallium arsenide. With both materials, the scientists were able to create quantum dots with very stable environments, which was crucial for demonstrating the radiative Auger process. For many years, the group at the Ruhr-Universität Bochum has been working on the optimal conditions for stable quantum dots.

    Funding
    The project was funded by the National Centre of Competence in Research "Quantum Science and Technology", the Swiss National Science Foundation (Grant No. 200020 156637), the European Union within the Horizon 2020 Programme (Grant Nos. 721394 and 840453), the German Research Foundation (Collaborative Research Centre TRR160, Project DFH/UFA CDFA05-06 and Project 383065199), the Federal Ministry of Education and Research (Project Q. Link.X/funding number 16KIS0867), the Danish Center of Excellence Hy-Q, (grant number DNRF139) and the European Research Council within the ERC Advanced Grant "Scale".

    Original publication
    Matthias C. Löbl, Clemens Spinnler, Alisa Javadi, Liang Zhai, Giang N. Nguyen, Julian Ritzmann, Leonardo Midolo, Peter Lodahl, Andreas D. Wieck, Arne Ludwig, Richard J. Warburton: Radiative Auger process in the single-photon limit, in: Nature Nanotechnology, 2020, DOI: 10.1038/s41565-020-0697-2

    Press contact
    Prof. Dr. Andreas Wieck
    Chair of Applied Solid State Physics
    Faculty of Physics and Astronomy
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 26726
    e-mail: andreas.wieck@rub.de 

    Dr. Arne Ludwig
    Chair of Solid State Physics
    Faculty of Physics and Astronomy
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 25864
    e-mail: arne.ludwig@rub.de 

     

  • CAR becomes MOTION

    25th June 2020, Institute Realigns Itself


    The CAR Institute of University of Duisburg-Essen (UDE) is realigning itself and becoming considerably larger. "In the future, the fields of work will not be limited to automotive engineering and economics, but will also include other areas of mobility. These include ship technology and transport logistics," explains Prof. Dr. Dieter Schramm, Dean of Engineering Sciences. Consequently, additional members will strengthen the institute and it will be given a new name: MOTION - MObility TransformaTION.

    In this way, the Institute is taking into account the fact that new technologies today can no longer be easily assigned to specific industries. "Methods that are developed and used for the autonomous driving of cars can also be applied in inland navigation, for example. And transport logistics also reacts to the networked world and asks for energy-efficient and automated systems," Schramm explains the new orientation. "Our faculty has outstanding expertise in this area - in research and teaching, both nationally and internationally.

    Among the new members of MOTION is Prof. Dr. Ellen Enkel, who will also play an important role in the institute's executive board. The expert for general business administration and mobility researches collaborative business models as well as digitalisation in the automotive and aviation industry. Prof. Schramm was elected spokesperson of the institute. He succeeds Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer, who has withdrawn from the institute.

    Further information:
    Prof. Dr. Dieter Schramm, Engineering/Mechatronics, Tel. 0203/37 9-3275, dieter.schramm@uni-due.de 

  • Project Nominated for EU-Award

    23rd June 2020, Chipless Radio Labels for Printing


    They are printable, flexible and do not require a chip: Radio labels based on silicon nanoparticles from the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) at University of Duisburg-Essen (UDE). They were developed in the "DruIDe" project, which is led by four UDE engineers. DruIDe has now been nominated for the EU "REGIO STARS 2020" award. The final decision is made by online voting.

    In future, chip-less labels made of nanosilicon will make it possible to detect entire carloads with a single scan. With the barcodes commonly used up to now, each package must be recorded and scanned individually. But the new technology not only makes life easier for logisticians and parcel carriers, it also saves a lot of material: trees. Because, unlike barcodes, the RFID label ("radio-frequency identification") is reusable, and so is the parcel. Since it does not require a chip, its price is around €0.01, which is around five times less than its conventional counterpart.

    Now the project, headed by Professors Niels Benson, Thomas Kaiser, Daniel Erni and Roland Schmechel - three of them from the Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) - has been nominated in the category "Industrial transition for a Smart Europe". The team includes five other institutions, including the University of Twente (Netherlands).

    The REGIO STARS Awards are presented annually by the Directorate-General for Regional Policy and Urban Development of the European Commission. The aim of the competition is to identify best practice in regional development and to reward innovative EU-funded projects that can be attractive and inspiring for other regions and project managers.

    The jury will select up to five finalists per category, which will be announced on 9 July.

     

    To vote: https://regiostarsawards.eu (DruIDe is in the first, yellow-orange category; click on the heart to vote)

    Further information:
    Prof. Dr. Daniel Erni, General and Theoretical Electrical Engineering, Tel. 0203 / 37 9-4212, daniel.erni@uni-due.de 

  • Dies academicus 2020

    12th June 2020, UDE chemist awarded


    © privat

    Dr. Vi Tran from University of Duisburg-Essen (UDE) was awarded for the best doctorate in 2019 in the Faculty of Chemistry. She was a PhD student in the working group of Materials Chain member Prof. Sebastian Schlücker. This year, the Dies academicus could not take place in front of an audience as usual, so congratulations were sent to the winners by video.

    In her work she developed a highly sensitive and quantitative rapid test (LFA) for patient-oriented laboratory diagnostics. Tests of this kind can be carried out and directly evaluated in the presence of the patient, and do not have to go to a central laboratory. This is particularly important in emergency medicine, for example.

    Tran combined the previous test method with the advantages of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). The result: By using SERS-active nanoparticles as markers and a portable Raman/SERS reader developed in the research group, a rapid test was realized that is highly sensitive and quantifiable and enables parallel detection through multiplexing. This is a major developmental advance for the LFA technology.

    Every year, the UDE's Dies academicus awards prizes for the best bachelor's and master's theses and outstanding doctorates. This year the event was held online due to the current situation.

     

  • Evolution Underground

    10th June 2020, Potential Beginning of Life Simulated in Lab


    High-pressure chamber where the evolutionary experiments take place. Its diameter is about 6 cm.
    © C. Mayer, CENIDE/UDE

    Did life originate not on the ground but underground? Scientists at University of Duisburg-Essen (UDE) have substantiated their theory that first life could have begun deep in the earth's crust. In their experiments, structures that were inanimate developed survival strategies within a short time.

    In the beginning there was the vesicle: A self-generated bubble similar to a soap bubble, enclosed by a membrane. It was surrounded by a liquid according to the recipe of the primeval soup, with a temperature of 40 to 80°C and increased pressure. Those are the conditions as they existed some 3.8 billion years ago and still do today – far down in the earth's crust.

    With this experimental setup, chemist Christian Mayer from the Center for Nanointegration (CENIDE) and geologist Ulrich Schreiber, also a professor at the UDE, have simulated water-filled crevices in the earth's bowels as well as geothermal sources. In their laboratory experiment, they created and disintegrated a total of 1,500 vesicle generations within two weeks.

    The researchers discovered that some vesicles survived the generation change because they had embedded certain protein precursors from the primordial soup into their membrane. This made them more stable, smaller and – most importantly – their membrane became slightly more permeable.

    Forwarding Functions to Subsequent Generations

    "We concluded that this way the vesicles were able to compensate for destructive pressure," explains Mayer. "As a survival strategy, if you will." Even if such a vesicle was destroyed, the next generation took up the protein structure. In this way, it adopted a function from its predecessors – similar to classical inheritance.

    Mayer and Schreiber are certain that they have at least shown the way to a preliminary stage of life. "As we have simulated in time-lapse, billions of years ago such vesicles might have become stable enough to come to the surface during geyser eruptions," said Schreiber. Over time, other functions might have been added until the first cell was formed.

    Mayer summarizes: "We suspect that this type of molecular evolution in depth took place parallel to other mechanisms or temporally displaced from them."

     

    Further Information:
    Prof. Christian Mayer, Physical Chemistry, +49 201/18 3-2570, christian.mayer@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • An Exceptional Cobalt Compound

    9th June 2020, Material Research


    David Zanders and Anjana Devi (right) are excited about this extraordinary discovery.
    © RUB/Marquard

    In the search for small but stable cobalt compounds, an international team has discovered an exciting complex for materials research that has not been seen for almost 50 years.
    A research team from the Ruhr-Universität Bochum (RUB) and Carleton University in Ottawa has produced a novel, highly versatile cobalt compound. The molecules of the compound are stable, spatially very compact and have a low molecular weight so that they can be evaporated for the production of thin films. This makes them interesting for applications such as battery or accumulator production. Due to their special geometry, the compound also has a very unusual spin configuration from ½. Such a cobalt compound was last described in 1972. The team reports in the journal Angewandte Chemie International Edition of May 5, 2020.

    The geometry makes the difference

    "The few known cobalt (IV) compounds are unstable at high temperatures and very sensitive to air and moisture. This makes them difficult to use as study systems or in materials synthesis," explains first author David Zanders from the Bochum-based Chemistry of Inorganic Materials Group of Prof. Dr. Anjana Devi. In the course of his binational doctorate, which was sealed by a cotutelle agreement between the RUB and Carleton University, he and his Canadian colleagues Prof. Dr. Seán Barry and Goran Bačić discovered a cobalt(IV) compound that has an unusual stability.

    Using theoretical studies, the team was able to demonstrate that an almost perpendicular embedding of the central cobalt atom in a tetrahedrally arranged environment of connected atoms - so-called ligands - is the key to stabilizing the compound. This special geometric order within the molecules of the new compound also forces the extraordinary electron spin of the central cobalt atom. "Under these special circumstances, the spin can only be ½," explains David Zanders. A cobalt compound with this spin state and similar geometry has not been described for almost 50 years.

    With a series of experiments, the team also showed that the compound - untypical of cobalt(IV) - has a high volatility and can be evaporated at temperatures up to 200 degrees Celsius with almost no decomposition.

    A promising candidate for ultra-thin layers

    Individual molecules of the compound dock onto surfaces in a controllable manner after evaporation. "This fulfils the most important criterion of a potential precursor for atomic layer deposition," Seán Barry notes. "This process is becoming increasingly important in industry in the production of materials, and our cobalt(IV) compound is the first of its kind suitable for this purpose". "Since the highly valent oxides and sulfides of cobalt are considered to have great potential in modern battery and microelectronics, for example, our discovery is all the more exciting," adds Anjana Devi. The electrodes in rechargeable batteries lose stability with the increasing number of charging and discharging processes, which is why research is looking for more stable and thus more durable materials for them. The use of new methods for their production is also in focus.

    "This binational collaboration is based on David Zanders' own initiative and has combined the ingenuity and complementary expertise of chemists from Bochum and Ottawa. This has produced something unexpected and was the key to success," summarizes Anjana Devi.

    Funding
    The work was funded by the German Research Foundation within the framework of the Collaborative Research Centre/Transregios 87 and by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada in the project RGPIN-2019-06213. David Zanders received a Kekulé grant from the German Chemical Industry Association and a one-year scholarship from the German Academic Exchange Service.

    Original publication
    David Zanders, Goran Bačić, Dominique Leckie, Domilola O. Odegbesan, Jeremy Rawson, Jaseon D. Masuda, Anjana Devi, Seàn T. Barry: A rare low-spin Co(IV) Bis(β-silyldiamide) with high thermal stability: Steric enforcement of a doublet configuration, in: Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202001518

    Press contact
    Prof. Dr. Anjana Devi, David Zanders

    Chemistry of inorganic materials

    Chair of Inorganic Chemistry II
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    
Ruhr University Bochum

    Phone: +49 234 32 24167 

    e-mail: anjana.devi@rub.de 
    david.zanders@rub.de 

     

  • Physics Collaborative Research Centre Prolonged

    29th May 2020, Flip-book in a Split Second


    Vortex formation of light: The pattern represents the electric field that is formed for a few femtoseconds at the centre of a spiral on a gold surface when illuminated with circularly polarised
    SFB 1242, Dreher/Janoschka

    Rapidly changing materials and measuring techniques in the femtosecond range: These are the core aspects of the Collaborative Research Centre 1242 of the Faculty of Physics at University of Duisburg-Essen (UDE). The German Research Foundation (DFG) is funding it for another four years with €12 million.

    The Collaborative Research Centre 1242 "Non-equilibrium dynamics of condensed matter in the time domain" from the Faculty of Physics deals with solids and their interfaces, which are brought into an excited state extremely quickly by an external stimulus. The scientists observe the development of this excitation over time using measuring methods that allow them to follow the state of a sample in individual, minute time steps. The sum of all steps creates an overall picture of the process, just like in a flipbook.

    Can extraordinary material properties be created in this way?

    New impulses and concepts for science and for new applications can result from this. In the first funding period, the aim was to develop methods to trace and understand the path from excitation back to equilibrium. "Now our goal is to specifically influence the mechanisms behind this," explains spokesperson Professor Uwe Bovensiepen. "For example, we are wondering whether unusual material properties arise that only occur after short-term excitation. Or whether there are material modifications that keep the excitation alive over a longer period of time

    The pump-probe method is the central method of the SFB, which cooperates closely with the Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE): The system is excited with a first ultrashort laser pulse. A second, read-out laser pulse follows at variable intervals of a few attoseconds to picoseconds. If the time interval between excitation (pump) and detection (probe) is increased for each approach, the sum of the data results in a highly resolved process sequence.

    The cooperation with the Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) is crucial in this respect, since the instruments available there and the specialized personnel enable the sophisticated preparation and characterization of the samples.

    Further information:
    Prof. Uwe Bovensiepen, Faculty of Physics, Tel. 0203 37 9-4566, uwe.bovensiepen@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

     

  • Distinguished Lecture Award in Thermodynamics and Transport Properties

    26th May 2020, Another High Distinction for Prof. Gabriele Sadowski


    © Lutz Kampert​/​TU Dort­mund

    High distinction for Prof. Gabriele Sadowski from the Faculty of Biochemical and Chemical Engineering at TU Dortmund University: The European Federation of Chemical Engineering (Fédération Européenne de Génie Chimique/EFCE) awarded her as the first woman the "Distinguished Lecture Award in Thermodynamics and Transport Properties".

    The EFCE Department of Thermodynamics and Transport Properties thus honoured the internationally recognised achievements of Prof. Sadowski in the field of modelling and experimental investigation of material properties. The award jury stated: "She is an international leader in the field of thermodynamics. She also does important work for our community and is a great teacher and mentor for young scientists".

    Gabriele Sadowski has been full professor of thermodynamics at the TU Dortmund University since 2001. She is also a member of the Cluster of Excellence RESOLV, the NRW Academy of Sciences and Arts and the German Academy of Science and Engineering acatech. Since 2016 she has also been Vice Rector Research at the TU Dortmund University.

    More than 230 articles published in scientific journals

    Her main research focus is the modelling and investigation of the properties of complex substances and their mixtures, especially those with polymers, pharmaceutical substances and chemical and biological reactions.

    Prof. Sadowski has published more than 230 articles in high-ranking international journals, which have been cited more than 8000 times. She has already received several awards for her research, including the Arnold Eucken Prize of the German Society for Process and Chemical Engineering (1999). In 2011, she was one of the ten scientists to receive the Gottfried Wilhelm Leibniz Prize, the most highly endowed international research award.

    Contact person for further questions:
    Prof. Dr. Gabriele Sadowski
    Phone: +49 231 755 2635
    fax: +49 231 755 2572
    e-mail: gabriele.sadowski@tu-dortmund.de 
    Chair of Thermodynamics
    Faculty of Bio- and Chemical Engineering

  • How interstitial ordering affects high-strength steels

    14th May 2020, Scientists from the Max-Planck-Institut für Eisenforschung and Ruhr-Universität Bochum publish their recent findings in Nature Materials


    The distribution and ordering of carbon atoms in a martensitic steel play an important role in the steel’s performance. The chemical potential of carbon in the system, which strongly depends on the carbon ordering in the lattice, determines this distribution. While for small carbon concentration the balance is in favour of the extended defects, the interstitial lattice sites are energetically preferred for larger concentrations.

    © Xie Zhang, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

    The performance of materials is strongly influenced by their alloying elements: Adding elements beyond the basic composition of the alloy can strongly influence the properties and performance of it. In practice, it is not only important which elements are added, but also to which amounts and how they order in the host lattice. For the fundamental basic composition of any steel – iron and carbon - the concentration and ordering of carbon atoms and their interaction with the iron host lattice in martensitic steels was analysed by a team of scientists from the Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) and Ruhr-Universität Bochum (RUB). The scientists examined the mechanisms of collective interstitial ordering in Fe-C steels and determined how anharmonicity and segregation affect the ordering mechanism and consequently, the material’s performance. Their recent findings were published in Nature Materials.

    “When carbon atoms enter the iron host lattice of martensitic steels, they diffuse between the iron atoms and do not take over the iron atoms’ positions in the host lattice. Nevertheless, they create strain fields influencing the whole lattice. Understanding the mechanism of the resulting interstitial ordering is a key to designing ultra-high performance steels as they gain their strength from the martensite formation, thus, from the collective interstitial ordering”, explains Dr. Tilmann Hickel. Hickel is head of the group “Computational Phase Studies” at the MPIE and was the main supervisor of Dr. Xie Zhang, the first author of the publication. Each interstitial atom, due to its size and chemical interaction with atoms of the host lattice, creates a local strain field that displaces its neighbouring host atoms away from their original lattice positions. “Imagine inserting a wooden stick into sand at the beach and watching how the stick displaces the grains of sand surrounding it. The same happens when we add carbon to the iron host lattice. The carbon interstitials, find their way through the host lattice, order in energetically favourable places and distort and harden the previous structure.”, explains Hickel. A high concentration of interstitials leads to ordering/disordering phenomena and lattice distortions, thus influencing the steels’ bulk performance.

    The research team identified two components that influence the interstitial ordering. The first one results from the anharmonicity caused by the strain fields in the Fe lattice. “Due to this anharmonicity, the critical C concentration for an order-disorder transformation is decreased. To understand the displacement of the Fe atoms at different distances, we must consider the anharmonic contribution in the first neighbour position of a C interstitial.”, explains Dr. Jutta Rogal from the Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) at Ruhr-Universität Bochum.

    The second component that influences the interstitial ordering is the segregation of C to extended defects. This segregation takes place at low C concentrations and is suppressed at high C concentrations due to a lowering of the C chemical potential in ordered martensite. The chemical potential of C in Fe-C martensite gradually increases with increasing C concentration until 0.8 at.% are reached. Then it rapidly decreases due to the order-disorder transition.

    Both components, the level of anharmonicity and the segregation behaviour, are decisive for the order-disorder transition. “An unexpected outcome of the study was that it is not sufficient to analyse only the arrangement of the carbon atoms in bulk. Rather, a strong competition between the carbon concentration in the bulk and its segregation to extended defects occurs. Only with this insight it was possible to gain a comprehensive understanding of the order-disorder transition. This competition decreases with an increasing concentration of carbon interstitials, as extended defects can incorporate interstitials only to a limited amount. The exact concentration depends on the density of the defects. In our calculations and confirmed by experiments, disordered martensite is triggered by a carbon concentration in the range between 0.8 at.% and 2.6 at.%. Above 2.6 at.% ordered martensite is formed, which provides a superior strength to steels. Below 0.8 at.%, carbon atoms segregate to dislocations in grain boundaries”, explains Prof. Jörg Neugebauer, director of the department Computational Materials Design at MPIE. The theoretical calculations were confirmed by transmission electron microscopy and atom probe tomography measurements performed at Ruhr-Universität Bochum.

    In general, the exact critical C concentration depends on the microstructure of the material and the binding energy between C and a specific extended defect. The shown critical concentration range of 0.8 at.% and 2.6 at.% is not universal, but depends on the sample and its extended defects. However, the critical concentrations can be precisely calculated if a) the exact binding energy between C and the extended defect, and b) the maximum C concentration that can be included by the extended defect, are known. The MPIE and RUB team showed the decisive role anharmonicity and segregation play regarding the mechanism of interstitial ordering, using the Fe-C alloys as a model for other relevant systems. Including anharmonic effects into order-disorder phase transitions provides a new level of predictive materials modelling, paving the way to designing ultra-high-performance steels.

    The research was supported by the German Research Foundation within the DFG-ANR project C-TRAM.

    Author: Yasmin Ahmed Salem
  • Suitability of Imaging Techniques Proven

    11th May 2020, WITec Paper Award


    Model of an Artery

    A publication in which PhD student Elzbieta Stepula from the working group of Materials Chain member Prof. Sebastian Schlücker (University of Duisburg-Essen) is involved was awarded the silver WITec Paper Award. This makes it one of three award-winning papers out of 113 submissions.

    Under the title "ImmunoSERS microscopy for the detection of smooth muscle cells in atherosclerotic plaques", a team led by a research group from the Jagiellonian University in Krakow (Poland) characterizes atherosclerotic plaques using iSERS microscopy.

    Atherosclerotic plaques form on arterial walls and constrict the blood vessels. Monitoring their stability is clinically relevant because if they become loose, they can lead to a stroke or heart attack. Since smooth muscle cells play an important role in stabilizing the plaques, they can serve as markers for their stability.

    This excellent biomedical publication establishes iSERS microscopy as a promising technique for the localisation and quantification of smooth muscle cells in atherosclerotic plaques.

    The WITec Paper Award is presented annually to three outstanding scientific publications whose data were generated using a microscope from the company.


    Original publication:
    E. Wiercigroch, E. Stepula, L. Mateuszuk, Y. Zhang, M. Baranska, S. Chlopicki, S. Schlücker and K. Malek
    "ImmunoSERS Microscopy for the detection of smooth muscle cells in atherosclerotic plaques"
    Biosensors and Bioelectronics 133: 79-85 (2019)
    doi.org/10.1016/j.bios.2019.02.068

    Further information:
    Elzbieta Stepula, Physical Chemistry, Tel. 0201 18 3-4917, elzbieta.stepula@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

     

  • Popular Paper from Engineers

    11th May 2020, Awarded by the AIChE Journal


    A publication from the working group of Materials Chain member Prof. Hartmut Wiggers in the AICHe Journal is one of the most frequently read papers of the journal in the years 2018/2019.

    Under the title "Spray-flame synthesis of La(Fe, Co)O3 nano-perovskites from metal nitrates" the team around first author Steven Angel published in the journal of the American Institute of Chemical Engineers.

    Hartmut Wiggers' research group operates, among other things, the nanoparticle synthesis facilities at the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) on the Duisburg campus of the University of Duisburg-Essen.

     

    Original publication:
    S. Angel, J. Neises, M. Dreyer, K. Friedel Ortega, M. Behrens, Y. Wang, H. Arandiyan, C. Schulz, H. Wiggers
    "Spray-flame synthesis of La(Fe, Co)O3 nano-perovskites from metal nitrates"
    AIChE Year 2020; 66:e16748
    https://doi.org/10.1002/aic.16748 

    Further information:
    Steven Angel, IVG, phone 0203 37 9-379 8084, steven.angel-canas@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

     

  • Nature Research Awards Prizes

    7th May 2020, Innovative Science


    Researchers and all those involved in the STEM area for girls and women can still apply for the Nature Research Awards for Inspiring and Innovating Science until 14 June. They are endowed with 30,000 US dollars each.

    For the award in the Scientific Achievement category, young female researchers are sought who "identify themselves as women and have made an exceptional contribution to scientific progress, sometimes despite adverse circumstances.

    In the Science Outreach category, the award is given to an initiative that inspires girls and young women to take up MINT subjects or encourages women to pursue a scientific career.

    Further information:
    https://group.springernature.com/de/group/media/nature-research-awards-for-inspiring-and-innovating-science/17901168 

    Editor: Ulrike Eichweber

     

     

  • Kristina Tschulik is a Member of the NRW Academy of Sciences

    6th May 2020, Chemistry


    © Mathies Evers


    The election is a special honour for outstanding researchers.


    Prof. Kristina Tschulik, chemist at the Ruhr-Universität Bochum (RUB), will become a new member of the North Rhine-Westphalian Academy of Sciences and Arts. The head of the strongly interdisciplinary research group Electrochemistry and Nanoscale Materials was elected to the class for engineering and economics. Her work focuses on electrochemical materials research. In total, the Academy is taking on 15 new members from all over NRW this year. The admission is a special distinction for outstanding researchers.

    About the person
    Kristina Tschulik studied chemistry at the Technical University of Dresden, where she also completed her doctorate in 2012. During her doctorate, she worked at the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research and then as a postdoctoral "Marie Curie Intra European Fellow" at the University of Oxford. After a stay abroad in Johannesburg, South Africa, she joined the RUB in September 2015, where she initially strengthened the team of the Resolv Cluster of Excellence as junior professor, funded by the NRW Returning Professor Programme of the Ministry of Innovation, Science and Research. Kristina Tschulik was a visiting professor at the Université Paris Diderot in France in 2017 and has been head of the Chair of Analytical Chemistry II at the RUB since June 2018.

    The Academy
    The North Rhine-Westphalian Academy of Sciences and Arts celebrates its 50th anniversary in 2020. Founded in 1970 as the successor to the Research Association of the State of North Rhine-Westphalia, the Academy has been uniting the leading researchers from NRW under its roof for half a century. For more than ten years, its members have also included renowned artists. The Academy promotes dialogue across disciplinary boundaries and generations as well as exchange with society.

    Press contact
    Prof. Dr. Kristina Tschulik

    Chair of Analytical Chemistry II

    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    
Ruhr University Bochum

    Phone: +49 234 32 29433

    e-mail: nanoec@rub.de

    Editor: Meike Drießen

  • More Courage for Creativity

    26th April 2020, Materials Science


    Sometimes scientists should think more around the corner, says Prof. Dr. Tong Li.
    © Damian Gorczany

    The achievements in the field of artificial intelligence make engineer Tong Li pensive about human thinking habits.

    In 2017, researchers have created an artificial intelligence that has independently learned the Chinese board game "Go" without human guidance or prior knowledge. In just 40 days, the computer became the best Go player in the world - an incredible achievement. Surprisingly, the artificial intelligence used moves that humans had never used before. I was very impressed by this. I wondered whether our prior knowledge sometimes limits our creativity - and can therefore also be an obstacle on the path to new scientific knowledge.

    No theory provided an explanation

    Here is an example from my own research in which I characterize the structure and chemical properties of high-performance materials: One goal of materials science is to tailor new materials with special properties. But sometimes it is difficult to understand why a material behaves the way it does. We have tried to explain the behaviour of complex material systems using existing and widely accepted theories. But none provided an answer.

    Sometimes our previous knowledge steers us in a completely wrong direction. In fact, technical developments actually give us the chance to verify or modify theories. We just need to think around the corner more and be more courageous in order to develop our creativity.

    Editor: Tong Li

  • New Type of Microscopy Developed

    24th April 2020, Publication in Science on Nanooptics


    © Tim Davis
    Graphical representation of optical skyrmions at a point in time when their electric fields in the center point out of the surface. The distance between adjacent skyrmions corresponds to the plasmon wavelength of 780 nanometers.

    The duration of their momentary image is related to one second in the same way as one second to the age of the universe: Together with the Australian scientist Tim Davis and the research group of Harald Gießen (University of Stuttgart), physicists at University of Duisburg-Essen (UDE) have developed ultrafast vector microscopy, a method of determining electric fields on surfaces with high temporal and spatial resolution. This method was used to trace the dynamics of optical skyrmions in time for the first time. The renowned journal "Science" publishes this breakthrough in nanooptics in its current issue.

    Interactions between light and matter are the basis of nanooptics. Researchers working with it can use spectroscopic and microscopic methods to observe and influence the properties and states of tiny structures and even individual molecules. As with optical computers, which are still in their infancy: since their structures are sometimes much smaller than the wavelength of light, tricks such as nanoantennas are needed to effectively couple it in. But it is very difficult to analyze the electric fields around such structures in space and time.

    With vector microscopy based on time-resolved 2-photon photoemission microscopy, a team of physicists led by UDE Professor Frank-J. Meyer zu Heringdorf, the Australian experts in nanooptics Dr. Timothy J. Davis and Professor Harald Gießen have now achieved a pioneering achievement: they have been able to determine the electrical fields on a metal surface with pinpoint accuracy and time precision - down to 10 nanometers local resolution and in the sub-femtosecond range.

    Ultra-short laser pulses combined with vector calculation

    For this purpose, they used gold microcrystallites on whose surface they generated a surface plasmon polariton after nanostructuring by an ultrashort laser pulse; an electron wave that propagates on the surface. A few femtoseconds after excitation, a second laser pulse reads the electric field of the wave. However, the interrogating pulse can only analyze the component that is equally polarized, i.e. where the electric field of the interrogating laser pulse and that of the plasmon on the surface point in the same direction.

    The scientists reconstructed the field vectors by determining two field components in two experiments with different interrogation polarizations. The third could then be calculated from the first two using the Maxwell equations. "This is a real breakthrough," explains Meyer zu Heringdorf, member of the UDE Collaborative Research Centre "Non-equilibrium dynamics of condensed matter in the time domain". "In this way, every point of an electric field on a surface can be observed at any time - in the smallest structures."

    Oscillating skyrmions observed

    Due to their promising properties in magnetic systems, research is currently investigating whether the magnetic properties of skyrmions can also be transferred to optics. The researchers have therefore demonstrated the value of the method they have developed by tracing the dynamics of optical skyrmions in time for the first time.

    To this end, the team created plasmons on the gold surface whose electric fields formed optical skyrmions (see picture). The researchers then systematically increased the time interval between exciting and detecting laser pulses by about 100 attoseconds. A film of the up and down swinging skyrmions resulted from the sequence of the reconstructed field images.

    Since the method is universally applicable to electric fields on surfaces, vector microscopy can be used to investigate field distributions in optical nanostructures with a precision that would have been unthinkable just a few years ago.

    Original publication:
    T.J. Davis, D. Janoschka, P. Dreher, B. Frank, F.-J. Meyer zu Heringdorf, H. Giessen
    "Ultrafast vector imaging of plasmonic skyrmion dynamics with deep subwavelength resolution"
    Science 368, 6489 (2020)
    DOI: 10,1126/science.aba6415

    Further information:
    Prof. Dr. Frank-J. Meyer zu Heringdorf, Experimental Physics, Tel. 0203 37 9-1465, meyerzh@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

  • Prof. Manfred Bayer Becomes the New Rector of the TU Dortmund University

    24th April 2020, University Election Assembly elects Physicists with a Large Majority


    © Jürgen Huhn​/​TU Dort­mund
    Prof. Manfred Bayer

    On 24 April 2020, a new Rector was elected at the TU Dortmund University: Prof. Manfred Bayer from the Faculty of Physics will succeed Rector Prof. Ursula Gather on September 1 and take over the office at the head of the university. He was previously Chairman of the Senate of the TU Dortmund University for around twelve years.

    Under unusual conditions, the TU Dortmund University election meeting convened in the Audimax on 24 April: The committee consisting of the Senate and the University Council was allowed to meet despite the corona crisis, because the meeting for the rectorate election is considered a highly significant act of self-administration in terms of university policy and therefore does not fall under the ban on events in the Corona Protection Ordinance. The university's largest lecture hall, with 700 seats, was sufficiently dimensioned so that the approximately 60 members could keep sufficient distance from each other. The election assistants wore face masks and gloves when they brought the microphone into the rows to speak and count the ballots. The public could follow the election via live stream on the Internet. It was clear in advance that no one was allowed to shake hands with the elected candidate.

    Numerous congratulations

    Prof. Manfred Bayer immediately achieved an overwhelming majority in both parts of the committee: The University Council voted unanimously in his favor, and 26 of the 27 members of the Senate voted for him. "I am delighted that in Manfred Bayer we have been able to recruit a scientist and university lecturer of top international standing for the post of rector," said Professor Ernst Rank, Chairman of the University Council. "My colleague Manfred Bayer has earned the respect of all four groups at the university as a long-standing Chairman of the Senate," said acting Senate Chairman Prof. Lorenz Schwachhöfer. It is thanks to Bayer's moderation skills that the Senate has remained a united body in the debate on a new basic order for the university.

    The current incumbent, Prof. Ursula Gather, also congratulated her successor warmly on his election: "I am very pleased that I can hand over the office to such an experienced colleague," she said, "I wish him a happy hand at all times. Chancellor Albrecht Ehlers joined in the congratulations: "I have already worked together with Mr. Bayer in his role as Chairman of the Senate. I am very much looking forward to continuing the pleasant and fruitful cooperation with him in this new constellation. While the Prorectors must resign from office with the Rector, the Chancellor continues his term of office in the Rectorate. Prof. Manfred Bayer himself gave an outlook on the direction in which he wants to steer the TU Dortmund University in the future: "The goal must be to further optimize the good conditions for students at the TU Dortmund University and at the same time to strengthen the high research potential in order to be able to compete successfully in the market.

    Outstanding research and international networking

    Born in Franconia, Prof. Manfred Bayer accepted a call to the professorship "Experimental Physics with a focus on Spectroscopy of Condensed Matter" at the TU Dortmund University in 2002 at the age of 36. He regularly publishes his outstanding research results in high-ranking specialist journals. Internationally networked, he cultivates in particular the cooperation with St. Petersburg as spokesman of the first German-Russian Collaborative Research Centre of the German Research Foundation. He has received several international awards for his excellent research, including the title of Fellow of the American Physical Society (2012) and membership of the Russian Academy of Sciences (2017).

    As UA Ruhr Professor, Bayer is also in close contact with neighboring universities in the Ruhr region. As co-initiator of the popular lecture series "Between Buns and Borussia," he also knows how to inspire a broad audience for topics in physics. There is one thing he will miss from September 1, and Bayer already knows this: the view from the Physics Faculty of the world's most beautiful stadium.

    Contact for further information:

    Eva Prost
    Phone: +49 231 755 2535
    fax: +49 231 755 4664
    e-mail: eva.prost@tu-dortmund.de 
    Unit 1 University Communication

  • Cheaper Production of Better Batteries

    22nd April 2020, EU Project


    © RUB, Marquard
    Wolfgang Schuhmann and his team from the Centre for Electrochemistry at the RUB are involved in the EU project

    Built-in sensors should help to make the production of batteries much cheaper.

    Approximately one third of the production costs of rechargeable batteries is caused by the phase of the first charging, in which the battery has to be conditioned. In order to make this phase more efficient and thus make battery production much more cost-effective, the consortium of the "Nano-Bat" project is developing sensors that will monitor the processes taking place in the battery. The project involves a research team from the Centre for Electrochemistry at Ruhr University Bochum (RUB) headed by Prof. Wolfgang Schuhmann. The consortium of twelve partners under the leadership of the Austrian company Keysight Technologies has been funded by the European Commission with around 5 million euros for three years since 1 April 2020.

    Insulating layer protects the solvent

    One of the major cost drivers in the production of lithium-ion batteries is the very first charge. "You have to be very careful with this, and it can take up to a week," says Wolfgang Schuhmann. The reason for this lies in processes that take place in the battery. Both electrodes are embedded in a solvent. This so-called electrolyte decomposes at high voltages in the batteries. In the process, deposits form on the electrode, forming a solid layer only a few nanometers thick. Experts speak of the Solid Electrolyte Interphase, or SEI for short. "So this layer is actually a decomposition product, but necessary because once it has formed, the electrolyte does not decompose any further," explains Schuhmann.

    Processes are still unexplored

    The quality of the battery depends on the SEI layer; it must be neither too thick nor too thin or incomplete. Since the layer is formed during the first charge, everything must be correct. Voltage, temperature and many other factors influence the formation process. "But how all this must take place has not yet been sufficiently researched," says Schuhmann, "and you just can't look inside the battery.

    The project team now wants to change this. Based on the basic understanding of the processes involved in the formation of the SEI layer, the researchers hope to develop nanosensors that will then be integrated into the batteries. These sensors could then be used to monitor the formation of the SEI layer. "The aim is to optimise the phase of the first charge so that the time required for this is drastically reduced," says Wolfgang Schuhmann.

    Enormous economic potential

    The sustainable storage of electrical energy is one of the greatest challenges of this century. The European Union considers battery production to be one of the future key industries with an estimated market potential of 250 billion euros by 2025.

    Press contact
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann
    Analytical chemistry
    Center for Electrochemistry
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 26200
    e-mail: wolfgang.schuhmann@rub.de

    Editor: Meike Drießen

  • Inexpensive Alternative to Precious Metals

    21st April 2020, Stable Carbonyl Complex Prepared with Silicon


    © UDE
    Molecular ashing: Reactive silylene captures carbon monoxide (CO).

    Carbon monoxide is used in many industrial processes where rare and expensive precious metals act as catalysts. A team of scientists from University of Duisburg-Essen (UDE) and University of Giessen has now been able to produce a carbonyl complex with the cheap semi-metal silicon for the first time. The scientific journal Nature Chemistry reports.

    Carbonyl complexes, i.e. compounds of carbon monoxide (CO) with a so-called transition metal such as iron, have become indispensable in synthetic chemistry and catalysis, e.g. for the production of fuels. A team led by the chemists Prof. Stephan Schulz (UDE) and Prof. Peter R. Schreiner (Justus Liebig University Gießen, JLU) has now been able to demonstrate for the first time that such complexes can also be produced with main group elements such as the semi-metal silicon.

    Everyone knows silicon oxide as sand. In this form, each silicon atom forms four bonds with neighbouring atoms. In the laboratory it is possible to reduce the metalloid to a two-bonded and therefore quite reactive species, the "silylene". The researchers were able to show that under certain conditions this actually bonds with carbon monoxide to form the first carbonyl complex stable at room temperature. In future, it is to be used for CO transfer reactions.

    Original publication:
    Chelladurai Ganesamoorthy, Juliane Schoening, Christoph Wölper, Lijuan Song, Peter R. Schreiner, and Stephan Schulz
    "A room-temperature stable silicon carbonyl complex."
    Nature Chem. 2020, 12.
    DOI: 10.1038/s41557-020-0456-x

    Further information:
    Prof. Stephan Schulz, Faculty of Chemistry, Tel. 0201/18 3-4635, stephan.schulz@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

  • Changing Material Properties by Stretching

    16th April 2020, Science Publication on New Technology


    © Seung Sae Hong
    Charge-ordered phase of the lanthanum-calcium-manganese oxide

    Oxides are ceramics that break brittle under mechanical stress, in contrast to metals, which are easily deformable. An international team of scientists, including theoretical physicists from University of Duisburg-Essen, has now succeeded in producing membranes made of oxides that can withstand extreme tensions of up to 8 percent.

    If the distances between the atoms are stretched, the electrons can localize and new types of properties are created, such as in this specific case a transition from a conducting to an insulating state. This breakthrough published in "Science" may in future be used to specifically design the functionality of materials - for sensors or detectors, for example.

    Together with colleagues from Northwestern University (USA), Manish Verma and Prof. Rossitza Pentcheva have investigated the causes and underlying mechanisms for the behavior of the material lanthanum-calcium-manganese oxide (La1-xCaxMnO3, LCMO) under extreme tensile stress using density functional theory calculations. The physicists were able to show that LCMO exhibits metallic and ferromagnetic properties in the normal state, but changes into an insulator with antiferromagnetic order under tensile stress of 5 percent. This insulator is characterized by a stripe charge order of Mn3+ and Mn4+ ions.

    The statistical distribution of the lanthanum and calcium ions required large simulation cells and was simulated on the UDE's high-performance computer "MagnitUDE".

    Detailed press release of the responsible Stanford University: https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-04-02-new-way-fine-tune-exotic-materials-thin-stretch-and-clamp.aspx 

    Original publication: Seung Sae Hong et al., Science, 5 April 2020

    Further information:
    Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, Computational Materials Physics, Tel. 0203 37 9-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

  • Magnetisation by Light

    8th April 2020, Publication in Nano Letters


    © S. Lorenz et al., Nano Letters 20, 1896 (2020)
    Schematic representation of photoluminescence spectroscopy on a single colloidal nanoparticle. The light-induced magnetization is studied by applying a magnetic field in different spatial directions.

    Generating magnetism on demand and without electricity - in the world of doped nanocrystals this is not science fiction, but feasible. A breakthrough in this field was recently achieved by the team from the "Materials of Electrical Engineering" chair at University of Duisburg-Essen with colleagues from University of Washington in Seattle (USA). They published their results in the scientific journal "Nano Letters".

    Using spectroscopy on individual nanoparticles in a rotating magnetic field, the scientists showed how light-induced magnetism can be specifically aligned.

    The chair's expertise in this field will continue to be used in the future. To this end, the German Research Foundation (DFG) has approved a new project entitled "Investigation of anisotropic spin phenomena in doped nanocrystals using luminescence spectroscopy on single particles in a vector magnetic field" for a period of three years.

    Original publication: Lorenz et al., Nano Letters 20, 1896 (2020).

    Further information and editing:
    Severin Lorenz, Materials of Electrical Engineering, Tel. 0203 37 9-3191, severin.lorenz@uni-due.de 

     

  • UDE and Leibniz Institute Establish Joint Lab

    6th April 2020, Together to Higher Frequencies


    © UDE / ZHO
    Epitaxy system for the production of semiconductor materials. A new one, especially for indium phosphide, is currently being installed at the ZHO.

    Rapid data transmission, medical examinations with harmless radiation: High-frequency technologies make it possible. Researchers at University of Duisburg-Essen (UDE) are working on the necessary semiconductor materials. In future, they will work even more closely with the Ferdinand Braun Institute, the Leibnitz Institute for High Frequency Technology in Berlin (FBH). A joint laboratory has now been launched.

    6G Terahertz communication with more than 100 Gigabit/s data volume, state-of-the-art radars and other applications suitable for everyday use are not possible without semiconductor materials. One of them is indium phosphide (InP). This crystalline substance is important for high-frequency components, but it can only be produced in small quantities and at great expense. The Centre for Semiconductor Technology and Optoelectronics (ZHO) at the UDE is working to change this - among other things with a new production facility. A terahertz integration centre unique in Germany is currently being built here, which is being funded by the state and the EU with 6.5 million euros.

    The semiconductor experts at UDE are now contributing their know-how to the "JointLab InP Devices". "In this way we want to develop circuits and modules for terahertz applications together with our colleagues in Berlin," explains Dr. Nils Weimann. The Professor of High Frequency Electronics is head of the new laboratory.

    The picture shows an epitaxy system for the production of semiconductor materials. A new one, especially for indium phosphide, is currently being installed at the ZHO.


    Further information:
    http://www.bhe.uni-due.de/ 
    Prof. Dr. Nils Weimann, Components of High Frequency Electronics, Tel. 0203/37 9-3391, nils.weimann@uni-due.de 

    Editorial office: Ulrike Eichweber, Tel. 0203/37 9-2461, ulrike.eichweber@uni-due.de 

  • Successor to Professor A. Heinzel Wanted

    3rd April 2020, Position as Head of Chair and Affiliated Institute Advertised


    © JRF e.V.
    Main Laboratory ZBT

    At the University of Duisburg-Essen (UDE), a university professorship for "Energy Technology" is to be filled in the Department of Mechanical and Process Engineering of the Faculty of Engineering at the earliest possible date. This is linked to the scientific management of the Centre for Fuel Cell Technology (ZBT gGmbH). Applications are accepted until 15 May.


    The applicants' research focus should be on electrochemical energy conversion and storage, e.g. fuel cells, electrolysis, hydrogen technology, batteries, system integration. Experience in the field of "sector coupling in energy technology systems" is desired.

    The professorship is linked to the scientific management of the Centre for Fuel Cell Technology (ZBT gGmbH), an affiliated institute of the University of Duisburg-Essen. Therefore, experience in industrial research or in corresponding cooperations for the technological implementation of research results with industry is required.

    The ZBT gGmbH, with approx. 100 employees, is a wholly owned subsidiary of UDE and has uniquely equipped laboratories and research facilities. It is a member of the Johannes Rau Research Association of the State of NRW.


    Further information:
    https://www.uni-due.de/imperia/md/content/stellenmarkt/stellenangebote_an_universitaeten/professoren-juniorprofessoren_an_der_ude/2020/3184_ude_prof.pdf 

    https://www.uni-due.de/imperia/md/content/stellenmarkt/stellenangebote_an_universitaeten/professoren-juniorprofessoren_an_der_ude/2020/3183_ude_prof.pdf 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de 

     

  • Ideal Reaction Chain from Model and Experiment

    2nd April 2020, From Plant Residue to Biofuel


    Straw as source material for biofuel


    Sawdust, straw or grain husks can be converted as efficiently as possible into sustainable fuel using only one microorganism: Researchers from University of Duisburg-Essen (UDE) have made an important contribution to this. Their approach, consisting of experiments and theoretical simulation, supports biotechnological approaches and leads to a process that is already being used in production by the industrial partner and has been published in the journal "Nature Communications".


    By definition, biofuel is produced from biological sources that could often also be used as food, such as corn, sugar beets or soybeans. Lignocellulose, on the other hand, which makes up the woody parts in plants, is often found as a waste product after harvest or in the sawmill and is also suitable.

    However, the path from plant residue to biofuel is via so-called hexoses or pentoses, i.e. sugars consisting of six or five carbon atoms, such as glucose and xylose. A microorganism can usually convert either one or the other. Fivefold sugars are a problem for common biotechnologically used microbes: even if they are equipped with the required enzymes, for example, intermediate products accumulate which paralyse the organism or inhibit subsequent reactions.

    Preparation works in the test tube and in the microorganism

    Therefore, scientists around UDE researchers Prof. Bettina Siebers and Dr. Jochen Niemeyer as well as Jacky Snoep (University of Stellenbosch, South Africa) have been studying the reaction chain of five enzymes in which xylose is converted into a valuable intermediate product on the way to biofuel: the Weimberg pathway. Their computer-generated model - each confirmed, corrected and optimised by the subsequent experiment - now makes it possible to design an optimal reaction chain in the test tube. It provides instructions for each individual enzyme: quantity, incubation time or possible required cofactors such as metal ions.

    The industrial partner Sigma-Aldrich (Merck) already uses an enzyme of the Weimberg pathway in production. But the model is also available to other scientists via open source web platforms, because "fair data management is important to us," says Siebers.

    The project was funded by the Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) and the Federal Ministry of Education and Research (BMBF).

     

    Further information:
    Prof. Bettina Siebers, Molecular Enzyme Technology and Biochemistry, Tel. 0201/18 3-7061, bettina.siebers@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de 

  • Catalyst Materials that Recycle CO2

    30th March 2020, BMBF Funds Chemist with 1.4 Million Euros


    Aerial view of a production plant

    Reuse plastic, glass and soon also CO2: Since March, Professor Corina Andronescu and her research group from University of Duisburg-Essen (UDE) have been developing industry-relevant catalyst materials. These materials convert carbon dioxide (CO2) into basic chemicals that serve as the basis for other products. The Federal Ministry of Education and Research is funding the project for five years with 1.4 million euros.


    The MatGasDif project, short for "Nanomaterials as a basis for gas diffusion electrodes for highly selective CO2 reduction", aims to reduce the proportion of the greenhouse gas CO2 in our atmosphere. To this end, Andronescu and her team are researching new electrocatalysts that make it possible to reduce carbon dioxide electrochemically to ethanol or ethylene. These can then be used, for example, as solvents for fragrances or dyes, aromas, medicines or as biofuels.

    The goal of the researchers: a conversion process that is stable over the long term and as selective as possible, avoiding by-products as far as possible. To achieve this, they want to use catalyst materials from inexpensive, sustainable and readily available raw materials.

    "The biggest challenge is to manufacture the catalysts and electrodes in such a way that really only the valuable target product is created, not a mixture of products," explains Andronescu. To do this, different catalyst materials are embedded in a carbon carrier material so that they can preferentially produce the desired product in a reaction cascade. "This concept is not yet known, we are breaking new ground here."

    At the end of the project, a first finished prototype should be available, which is not only suitable for small laboratory scales, but above all for larger dimensions in industrial use.

    MatGasDif is funded by the Federal Ministry of Education and Research within the "NanoMatFutur" competition. It enables young scientists to set up their own research group and to qualify for management tasks in industry and research.

    Further information:
    Prof. Dr. Corina Andronescu, Faculty of Chemistry, corina.andronescu@uni-due.de 

    Editor: Sarah Heuser, sarah.heuser@uni-due.de 

     

  • Finding Optimal Materials Recipes Using AI

    26th March 2020, Bochum Researchers Develop Structure Zone Diagrams


    Sputtering system in which nanostructured layers are produced.
    © Lars Banko

    The possible properties of nanostructured layers are countless - but how can you find the optimal one without long experimentation? A materials research team from Ruhr-Universität Bochum (RUB) tried a shortcut: Using a machine learning algorithm, the researchers were able to reliably predict the structural properties of such a layer. They report in the new journal "Communications Materials" from March 26, 2020.

    Porous or dense - columns or fibers

    In thin layer production, numerous manipulated variables determine the nature of the surface and thus its properties. Not only the composition of the layer, but also the process conditions during its formation play a role, such as temperature. All of this together creates a porous or dense layer in the coating, ensures that the atoms assemble into columns or fibers. "In order to find the optimal parameters for an application, until now you had to do countless experiments with different conditions and compositions, which is incredibly complex," explains Professor Alfred Ludwig, head of the chair Materials Discovery and Interfaces at RUB.

    The results of such experiments are so-called structure zone diagrams, from which one can read off the surface of a certain composition resulting from certain process parameters. "Experienced scientists can then use this diagram to identify the most suitable location for an application and derive the corresponding parameters for the production of the appropriate layer," explains Ludwig. "All of this is an enormous effort and takes a lot of time."

    Algorithm predicts surfaces

    To shorten the path to the optimal material, the team relied on artificial intelligence, more precisely machine learning. PhD student Lars Banko, in collaboration with colleagues from the Interdisciplinary Center for Advanced Materials Simulation (ICAMS) at RUB, modified a so-called generative model. Then he trained this algorithm to generate images of the surface of a very well examined model layer made of aluminum, chromium and nitrogen using certain process parameters and thus to predict what the layer would look like under these corresponding conditions.

    “We gave the algorithm a sufficient amount of experimental training data,” explains Lars Banko, “but not all the known data.” This allowed the researchers to compare the results of the calculations with those of experiments and examine how reliable the prediction of the algorithm had been. The results were convincing: "We combined five parameters in parallel and were able to look in five directions at the same time with the algorithm without having to do experiments," says Alfred Ludwig. "We have thus shown that the methods of machine learning can be transferred to materials research and can help to develop new materials in a more targeted manner."

    Funding:
    The work was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft within the Collaborative Research Center/Transregio 87 "Pulsed high-performance plasmas for the synthesis of nanostructured functional layers", Project C2.

    Original Publication:
    Lars Banko, Yury Lysogorskiy, Dario Grochla, Dennis Naujoks, Ralf Drautz, Alfred Ludwig: Predicting structure zone diagrams for thin film synthesis by generative machine learning, in: Communications Materials, 2020.
    DOI: 10.1038/s43246-020-0017-2

    Editor: Meike Drießen Dezernat Hochschulkommunikation, Ruhr-Universität Bochum

    Contact:
    Prof. Dr. Alfred Ludwig
    Materials Discovery and Interfaces
    Institut für Werkstoffe
    Fakultät für Maschinenbau
    Ruhr-Universität Bochum
    E Mail: alfred.ludwig@rub.de

  • 3D Printing for the Automotive Industry

    26th March 2020, EUR 10.7 Million from the Federal Government


    Aerial Photography of Cars

    Completely drive-ready cars cannot be printed from 3D printers. How the additive process could produce their plastic components is being investigated in the POLYLINE project by, among others, the Chair of Production Engineering at the University of Duisburg-Essen (UDE). Nationwide, 15 partners from science and industry are developing the digitized production line for the automotive industry. The project is funded by the Federal Ministry of Education and Research with 10.7 million euros for three years.

    Additive manufacturing (AF) is intended to expand conventional production techniques such as machining or casting. In this process, the material is generated layer by layer from a powdery material by laser on the basis of digital design data (sintering). Even complex structures can thus be realized without much additional effort. So far, the process has only been used to a limited extent in mass production. This is due, among other things, to the digital data sets that are not available continuously at many interfaces. This makes monitoring the production process more difficult, and errors often occur.

    The 3D printing experts at UDE around Prof. Gerd Witt are optimizing production. To do this, they take into account various aspects of the process, post-processing and powder handling. "We want to make the powder available for sintering with constant quality," says scientist Lars Meyer. He is conducting research into additive manufacturing in the plastics sector. "If products are to be mass-produced to a high standard of quality and resources are to be used efficiently at the same time, this is the best basis".

    POLYLINE is the abbreviation for Integrated Line Application of polymer-based AM technologies. The project is coordinated by the company EOS, which offers technologies in industrial 3D printing of metals and plastics.


    Further information:
    Institute of Mechanical and Process Engineering, Chair of Production Engineering:
    Prof. Dr. Gerd Witt, Tel. 0203/37 9-3360, gerd.witt@uni-due.de,
    Lars Meyer, phone 0203/37 9-3241, lars.meyer@uni-due.de 

    Editor: Alexandra Nießen, Tel. 0203/37 9-1487, alexandra.niessen@uni-due.de 

     

  • EU Project on Corona Vaccine

    16th March 2020, Antiviral Agents and New Test Models


    Illustration of SARS-CoV-2

    The novel coronavirus (SARS-CoV-2) has already claimed several thousand lives worldwide. A specific therapy or vaccination is not yet available. In an EU project, researchers led by Professors Jan Münch from University of Ulm and Thomas Schrader from the University of Duisburg-Essen (UDE) hope to accelerate the development of an effective antiviral therapy. In cooperation with other European partners, the researchers hope to quickly and efficiently test different potential active substances against the coronavirus. The consortium has acquired 2.8 million euros for the two-year "Fight nCoV" project, which is led by Stockholm University. 

    As with other pathogens, the penetration of the coronavirus into the host cell is considered a promising target for antiviral drugs. This process is inhibited by three substances that are being investigated and optimized for their effectiveness against SARS-CoV-2 in the "Fight nCoV" project. One of these substances is the molecular tweezers developed by Thomas Schrader and Jan Münch: These bind to the viral envelope and destroy the pathogen. In addition, a single-stranded oligonucleotide and macromolecular inhibitors, which prevent the interaction of the pathogen with the target cell, will be investigated. 

    To test the efficacy and safety of these agents, the research group uses various models. In the Ulm laboratory, the researchers hope to determine the antiviral effectiveness of the substances using harmless viral pseudotypes. The most promising substances will subsequently be tested by European partners for the inhibition of SARS-CoV-2 in cell cultures. Animal models up to primates will be used for further investigations in order to start clinical studies in the near future. "We are facing the urgent task of finding an effective therapy against SARS-CoV-2. Therefore, we are making the test models available to other European research groups as soon as possible," emphasize virologist Münch and chemist Schrader.

     The novel coronavirus is a zoonosis: the pathogen has spread from animals to humans. If the antiviral substances actually prove effective against SARS-CoV-2, they might possibly be used in future zoonoses or other viral respiratory diseases.

    "Fight nCoV" is funded by the EU through the HORIZON 2020 project. In addition to the Universities of Stockholm (Sweden), Ulm, Duisburg-Essen, and Aarhus (Denmark), the research institutions CEA (France) and Adlego Biomedical (Sweden) are involved.

      

    Further information:

    Prof. Dr. Jan Münch, Institute for Molecular Virology, University Hospital Ulm: Tel.: 0731 500-65154, jan.muench@uni-ulm.de

    Prof. Dr. Thomas Schrader, Institute for Organic Chemistry, University of Duisburg-Essen: Phone: 0201 183-3081, thomas.schrader@uni-due.de

     Editor: Annika Bingmann

  • Kondo Screening Cloud

    12th March 2020, Expansion of Quantum Physical Phenomenon Measured for the First Time


    Arne Ludwig (left) and Andreas Wieck are experts in the high-precision production of semiconductor samples.
    © RUB, Marquard

    For 50 years, the physical effect that among other things underlies superconductivity at high temperatures, had eluded size measurements.

    An international research team has for the first time determined the size of the so-called Kondo Screening Cloud. The quantum-physical phenomenon describes an interaction of conducting electrons with impurities in the material, which causes a reduction in electrical resistance. Prof. Andreas Wieck and Dr. Arne Ludwig from the Chair of Solid State Physics at Ruhr-Universität Bochum (RUB) were involved in the publication in the scientific journal Nature, online on March 11, 2020. The Japanese Riken Center was in charge of the work, other partners came from Hong Kong, Korea and Tokyo.

    Electrons behave like a crowd

    Electric current is a flow of negatively charged electrons attracted by a positively charged pole. "Analogously, you can imagine a crowd of people walking towards a shop with a discount offer," compares Andreas Wieck. "If masts of street signs are in their way, the pedestrians have to swerve or are stopped - this means that fewer people are moving towards the shop at the same time". This is also the case with electrons that encounter impurities in the material. This increases the resistance and reduces the current flow.

    The following happens with the Kondo effect, transferred to the pedestrian example: Pedestrians near the obstructing masts form a cluster around the obstacle and shield it - with the result that other pedestrians no longer even notice the presence of the masts, but can walk past them freely. Similarly, electrons can form a cloud around a contaminant in the material and mask it - this is a screening cloud. In reality, however, the Kondo effect is more complicated and temperature-dependent.

    Experimental measurements fit with theoretical predictions

    Over the past 50 years there have been many attempts to determine the extent of the Kondo Screening Cloud. Previous simplified experiments had determined values in the nanometer range, but theoretical calculations predicted a size in the micrometer range. The new experiments described in the Nature article now confirm the theoretical predictions.

     

    Editor: Julia Weiler
  • CENIDE Conference 2020

    6th March 2020, Scientific Exchange with Dom view


    Participants of the CENIDE Conference 2020
    © CENIDE

    The CENIDE Conference 2020, which took place again in the Kardinal-Schulte-Haus in Bergisch-Gladbach from March 2 to 4, 2020, was well-attended: About 100 participants - a good mixture of working group leaders and young scientists - informed themselves about research in other areas of the CENIDE network, exchanged views and discussed. Seven prizes for the best lectures and posters were also awarded.

    The basic requirements for a successful conference were given: A professionally organized and well-equipped location, beautiful surroundings with a view of the entire city of Cologne, good food. Accordingly, the mood was good during the 47 scientific lectures, two poster sessions and the discussion on the overall CENIDE strategy within the individual working groups.

    For the best posters, the jury, consisting of Dr. Andrea Hoyer, Prof. Doris Segets and Prof. Heiko Wende, awarded a total of four prizes of equal value, in alphabetical order:

    • Gereon Behrendt: Malachite- and LDH-based Catalyst Precursors for Methanol Synthesis from CO2-rich Synthesis Gas
    • Lukas Engelke: Coarsening and Shrinkage: A Grain Scale Model
    • Daniela Karolin Wey: Electrophoretic Deposition of Calcium Phosphate Nanoparticles as Genetically Active Coating for Cochlear Implants
    • Benjamin Zingsem: Biologically Encoded Magnonics

    The jury of the Short Talk Award included Prof. Stephan Schulz (substitute for Prof. Malte Behrens), Prof. Marika Schleberger and Prof. Kadijeh Mohri. The winners of the prizes with equal value are in alphabetical order:

    • Malte Jongmanns: How Non-equilibrium Phonon Excitations Keep a Lattice Cool
    • Anna Rabe: Synthesis of Cobalt Iron Oxide Catalysts via Co-precipitation of Crystalline Precursors
    • Sebastian Tigges: One-step Synthesis of Carbon-supported Electrocatalysts

    All winners will receive a prize money of 100 euros.

    The next CENIDE conference is planned for spring 2022. With a bit of luck, the magnolias in the inner courtyard will already be in bloom this time. 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

     

  • Bathen Re-elected as chairman

    5th March 2020, ProcessNet division "Adsorption"


    Prof. Dieter Bathen
    © Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft

    Prof. Dieter Bathen, holder of the Chair of Thermal Process Engineering at the University of Duisburg-Essen (UDE) and scientific director of the affiliated Institute for Energy and Environmental Technology (IUTA), has been re-elected for the third time as chairman of the ProcessNet division "Adsorption". Bathen has been head of the group, in which around 200 experts from process engineering, plant construction, metrology and technical chemistry are organized, since 2010 and has now been confirmed in office for another five years.

    ProcessNet is a joint organisation of VDI (Association of German Engineers) and DECHEMA (Society for Chemical Engineering and Biotechnology). The Adsorption Division evaluates and initiates research projects and organizes the professional exchange between industry and university research.

    Adsorption is a widely used separation process, which is applied, for example, in extractor hoods, gas masks, water treatment plants or in natural gas purification to remove disturbing impurities or toxins from gases or liquids. Porous solids such as activated carbons or silica gels with extremely large internal surfaces are used.

     

  • UA Ruhr Project Finalist in Clusters 4 Future Competition

    27th February 2020, New Materials for Green Technologies


    Scanning electron microscope image of a highly active and long-term stable catalyst material that is produced in a single step (process patented in 2019) The carbon walls, which are only a few nanometres thick, can be seen.
    © UDE

    To develop new materials and technologies for a sustainable energy supply in the Rhine-Ruhr region - and then bring them quickly to market: This is the goal of a future cluster, supported by players from the University Alliance Ruhr (UA Ruhr). The project is among the finalists in the competition of the Federal Ministry of Research, competing for a funding of up to €5 million per year for a maximum of nine years.

    Coordinators of the project are University of Duisburg-Essen (UDE), Ruhr-Universität Bochum (RUB) and the Hydrogen and Fuel Cell Technology Centre (ZBT). In the "Clusters 4 Future" initiative of the Federal Ministry of Research, it is among the 16 finalists from 137 submitted concepts nationwide.

    Looking beyond the horizon is the declared goal of WISDOM4E, short for „Wissensbasiertes Design komplexer Materialien und Systeme für nachhaltige elektrochemische Energiespeicherung und -wandlung" (Knowledge-based design of complex materials and systems for sustainable electrochemical energy storage and conversion): "Up to now, promising developments of functional materials for energy conversion and storage have mostly been considered individually," explains Professor Christof Schulz (UDE). "In contrast, we want to link up research fields and also bring industry, politics and society on board. By considering the legal and political framework from the outset, a product is brought to market faster.

    "For example, we have jointly developed a patent on novel materials that are now to be rapidly turned into highly active catalysts and battery components. We can only meet the challenge of identifying the best from the infinite number of possible material combinations with new methods," adds Professor Alfred Ludwig (RUB).

    Further players from the region welcome

    Three lines of development are being pursued within WISDOM4E: To be able to use hydrogen as a green energy source in the future, sustainable and efficient catalyst materials on an industrial scale are required. The recycling of CO2 also involves catalysts and electrodes: if carbon dioxide is converted into valuable substances such as aviation fuel and basic chemicals immediately after it is produced, the greenhouse gas does not escape into the atmosphere - a win-win situation. The third aspect on the agenda is new materials and electrodes for high-performance batteries.

    At the beginning of 2021, it will be clear whether WISDOM4E will be funded as one of probably seven future clusters. "The initiative is already working with many partners from science and industry," emphasizes Professor Angelika Heinzel (ZBT). "We want to actively involve other players, especially start-ups, small and medium-sized enterprises, in order to get the scientific results into industrial implementation.


    Further information:
    UDE: Prof. Christof Schulz, Faculty of Engineering, Tel. 0203/37 9-8161, christof.schulz@uni-due.de
    RUB: Prof. Wolfgang Schuhmann, Faculty of Chemistry and Biochemistry, Tel. 0234/322 6200, wolfgang.schuhmann@rub.de
    ZBT: Prof. Angelika Heinzel, Centre for Fuel Cell Technology GmbH, Tel. 0203/7598 4225, a.heinzel@zbt.de

     

  • Easy Application of Catalysts

    14th February 2020, Publication in Angewandte Chemie International


    RUB's catalyst team in the laboratory
    © RUB, Kramer

    Electrocatalysts can help to obtain chemicals from renewable raw materials or to use alternative energy sources. Researchers at Ruhr-Universität Bochum (RUB) and the University of Duisburg-Essen (UDE) have developed a new method of applying catalyst particles to tiny electrodes.

    The method is inexpensive, simple and quick to implement. In order to characterize catalysts and test their potential for various applications, researchers have to fix the particles on electrodes so that they can then be examined using transmission electron microscopy, for example.

    The scientists around Prof. Wolfgang Schuhmann from RUB describe their results in the journal Angewandte Chemie International, published online on January 20, 2020. Professor Dr. Corina Andronescu is involved from the UDE side.

    Wafer-thin electrodes

    In transmission electron microscopy (TEM), a thin electron beam is sent through the sample to observe the electrochemical processes taking place at an electrode. In order for the beam to penetrate the structures, all sample components must be very thin. The diameter of the electrode to which the catalyst is applied is therefore only ten micrometers wide.

    Applying catalyst particles drop by drop

    With earlier methods, the catalyst particles were either distributed evenly throughout the sample, i.e. even where they were not needed, or methods were used that could damage the material. Both disadvantages are eliminated with the new method, which is based on electrochemical scanning cell microscopy. The researchers fill a glass capillary with a liquid containing the catalyst particles. They then approach the capillary to the electrode onto which the particles are to be deposited. A tiny drop of the particle liquid hangs at the lower opening of the capillary.

    The researchers approach the capillary to the electrode until the drop of liquid comes into contact with the electrode and closes an electrical circuit. This automatically stops the approach, preventing damage to the material. The scientists then retract the capillary, but the drop of liquid remains on the electrode. This step can be repeated as often as required. Finally, the researchers evaporate the solvent so that only the catalyst particles remain, which are now fixed to the electrode.

    Suitable for many catalyst materials

    "Once the methodology is established, it offers a clean, easy-to-use and variable way of applying and measuring a large number of different catalyst materials stably and reproducibly on liquid cell TEM chips," explains Schuhmann.

    The work is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) and the European Research Council.

    Original Publication:
    Tsvetan Tarnev, Steffen Cychy, Corina Andronescu, Martin Muhler, Wolfgang Schuhmann, Yen-Ting Chen: A universal nano-capillary based method of catalyst immobilization for liquid cell transmission electron microscopy, 2020, in: Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201916419

    Further information:
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Faculty of Chemistry and Biochemistry, Ruhr University Bochum, Tel. +49 234 32 26200, wolfgang.schuhmann@rub.de

    Editor: Dr. Julia Weiler

  • Tong Li Appointed Professor at Ruhr-Universität Bochum

    13th February 2020, Characterization of High-performance Materials on the Atomic Scale


    Newly appointed Professor Tong Li.
    © Michael Schwettmann

    Tong Li wants to make catalyst development more efficient. In addition to catalyst materials, aerospace materials are also in the focus of the researcher, who accepted a professorship in February 2020.

    In order to develop high-performance catalysts, not only good production processes are required, but equally good methods to characterize the potential catalysts. The latter is the main research interest of Tong Li, who already worked on this topic as a junior professor at Ruhr-Unviersität Bochum (RUB). Since February 7, 2020, she has been a professor for the characterization of high-performance materials on an atomic scale.

    In addition to catalysts, the researcher is also interested in materials used in aviation, such as titanium alloys. Here, too, she deals with the characterization of the materials.

    Expert in atomic probe tomography
    Tong Li is an expert in atom probe tomography. Using this method in combination with transmission electron microscopy, it can make the structure of materials visible atom by atom. She collaborates with various colleagues in chemistry to research how the process can help make catalysts better.

    Materials Chain congratulates Tong Li on her new professorship!

    Editor: Julia Weiler
    E-Mail: julia.weiler@uv.rub.de

  • MERCUR Continues

    13th February 2020, Further 22 Million Euro Funding For UA Ruhr Network


    Ion Accelerator
    © UDE/Frank Preuß


    The Mercator Research Center Ruhr (MERCUR), founded ten years ago by the Mercator Foundation and the universities of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr), will receive a further 22 million euros for the next five years. This will further expand the successful cooperation between TU Dortmund University, Ruhr-Universität Bochum and University of Duisburg-Essen through funding programmes. The Mercator Foundation is supporting the activities of MERCUR with 11 million euros. The universities will provide the co-financing.

    In the last 10 years, MERCUR has supported numerous projects of the association with about 48 million euros. The Center has contributed to the fact that UA Ruhr is now a model for regional and inter-university cooperation beyond the borders of the Ruhr Area which has become more attractive as a science location.

    In the future, MERCUR will provide more effective support for joint research projects and thus increase performance. The aim is to make the Ruhr Area even more visible nationally and internationally as an excellent research location and thus strengthen the region as a whole.


    Pioneering university network

    "With new formats, we want to promote the development of joint research priorities in the UA Ruhr, support scientists in the acquisition of third-party funded joint projects and promote joint ventures in other areas of the universities," says MERCUR Managing Director Dr. Gunter Friedrich.

    "UA Ruhr is regarded nationwide as a pioneer of university networks. With our continued support for MERCUR, we want to further expand the networking of the universities, increase their scientific performance and thus strengthen the Ruhr region as a whole", explains Dr. Wolfgang Rohe, Managing Director of the Mercator Foundation.

    "UA Ruhr faces up to the national and international competition for the latest scientific findings and technological innovations in a variety of ways and is at the same time an important motor for the social and economic development of the region. This success story must be continued with the support of MERCUR," said UDE Rector Prof. Dr. Ulrich Radtke, representing the rectorates of the three universities.


    Further information and editorial office:
    Isabell Hilpert, MERCUR, Tel. 0201-61696511, isabell.hilpert@mercur-research.de

  • WISNA Professorships Announced

    12th February 2020, Faculty of Chemistry Seeks Reinforcement


    Key topics for the announced WISNA Professorships
    © UDE

    Within the Federal and State Programme for the Promotion of Young Scientists, the Faculty of Chemistry at the University of Duisburg-Essen (UDE) has announced two junior professorships with tenure track. Applications are accepted until March 9, 2020.

    "Structural Analysis of Inorganic Materials" and "Nanomaterials in Aquatic Systems" are the areas to be filled. Both positions are initially established as junior professorships and are linked to W2 with a tenure track.

    For the "Structural Analysis of Inorganic Materials", an expert (m/f/x) with special knowledge in solid state analysis and/or new theoretical methods of structure elucidation is sought. A focus on inorganic functional materials is desired.

    Applicants (m/f/x) for "Nanomaterials in Aquatic Systems" should have special knowledge in the field of analysis, behaviour, application and/or ecotoxicological effects of synthesised inorganic nanomaterials or their composites in aqueous systems. A strong expertise in analytical methods for detection, characterisation and quantification of nanomaterials in the presence of a natural background matrix is desirable.

    To the job advertisements:
    Structural analysis of inorganic materials
    Nanomaterials in aquatic systems

    Further information:
    Prof. Dr. Torsten C. Schmidt, Dean of the Faculty of Chemistry, dekanat@chemie.uni-due.de.

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Ammonia as a Sustainable Energy Source

    5th February 2020, Climate and Environmentally Friendly Technology


    Ammonia cracker
    © UDE/ZBT

    A little water, some nitrogen from the air, and electricity from the wind farm: ammonia is made up of readily available raw materials, and it is understood as a green energy source. Highly efficiently, hydrogen can be produced from ammonia to generate usable energy. Scientists at the University of Duisburg-Essen (UDE) and the Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH (ZBT) are developing an innovative plant for this purpose: the ammonia cracker.

    NH3toH2, in words "ammonia to hydrogen", is the name of the project, which will run until 2022 and will culminate in a cracker that is as efficient as possible and can be coupled directly with a fuel cell. It is being developed in the ZBT laboratory, with support from scientists from the UDE "Energy Technology" chair. The researchers are using simulation models as well as investigations on real prototypes. Ideally, at the end of the project, a system will be created whose components such as reactor, burner, heat exchanger and insulation are optimally matched to each other. At the heart of the technology is the catalyst, for which the most suitable candidate is to be found in the coming years.

    Energy supply without CO2

    Ammonia is promising for a sustainable, carbon-free energy supply: It can be produced from readily available, inexpensive elements - in the future with energy from environmentally friendly sources. Electricity could be used for this purpose, which comes from natural resources, but can still be stored only insufficiently from large photovoltaic systems or wind farms. If required, liquid ammonia can be broken down into its constituent parts hydrogen and nitrogen again with the help of the cracker. A fuel cell converts the gas produced in this way into electrical energy, and the only exhaust gases formed are water, nitrogen and oxygen.

    Such ammonia-supplied fuel cell systems can, for example, replace climate-damaging diesel units in developing and emerging countries where there is no reliable electrical grid. The advantage over direct use of hydrogen is that ammonia has a high energy density, is easy to transport and uncomplicated to store. NH3 thus offers enormous potential for reducing greenhouse gas emissions.

    The project is funded by the Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

    Further Information:
    Florian Nigbur, Energietechnik, Tel. 0203/37 9-2109, florian.nigbur@uni-due.de
    Michael Steffen, ZBT, Tel. 0203/7598-3033, m.steffen@zbt.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Fast Screening for Potential New Catalysts

    4th February 2020, Electrochemistry


    The successful team: Michael Meischein, Tobias Löffler, Wolfgang Schuhmann, Alan Savan and Alfred Ludwig (from the left)
    © RUB, Marquard

    A new concept makes it possible to identify the most promising among an abundance of possible element combinations.

    The success of energy transition depends significantly on efficient electrocatalysts, for instance for fuel cells or the reduction of CO2. Special alloys made from five or more elements are promising candidates. A team of researchers from Ruhr-Universität Bochum (RUB) has developed a concept in order to quickly screen an abundance of possible element combinations to identify which are worth optimising. It helps to directly ascertain the potential of a possible alloy. The team reports in the journal Angewandte Chemie International Edition on 22 December 2019.


    Efficient catalysts made from inexpensive and available elements

    The researchers’ hopes with regard to new catalysts made from inexpensive and available elements rest on what are known as complex solid solutions, also called high-entropy alloys. They consist of five or more elements that are homogeneously mixed and the diverse, complex interactions of which enable fine adjustments of the relevant properties. Importantly, it is not only the properties of the individual elements that are crucial but above all their interaction. “This opens up a wide range of otherwise unachievable possibilities in order to simultaneously optimise price and performance for possible applications,” says Professor Wolfgang Schuhmann from the Center for Electrochemical Sciences at RUB.

    However, fundamental knowledge about the recently discovered new catalyst class is still lacking. What information could be provided by measurements in order to make targeted advances in catalyst development? How does this help find the right one among the almost infinite possible combinations? What effect does replacing an element have on the properties?


    Interpreting results more accurately

    “We have developed a concept that enables us to understand the correlations between the selection of elements, theoretical, activity-defining properties, and actually measurable parameters,” reports Tobias Löffler, doctoral candidate in electrochemistry. As the complex solid solutions differ from conventional electrocatalysts in all these points, this understanding is fundamental for experimental progress.

    The researchers are thus faced with the challenge that not only the combination of elements but also the proportion of each element is crucial and any deviations change the properties. “We show how experiments with an alloy made from, for instance, five equal parts of each element can be interpreted in order to identify the element combination as potentially active,” explains Tobias Löffler. The researchers are thus able to identify quickly whether it is worthwhile optimising the proportions of the elements. “This enables us to reduce the screening workload for possible material compositions to a fraction without overlooking promising candidates,” explains Wolfgang Schuhmann. Without this knowledge, it is possible that combinations could be filtered out using conventional evaluations even though these could be highly interesting if the element ratios were optimised. “What’s more, this concept forms a cornerstone in understanding the complex mode of action of this material class, which helps to better understand the possible parameters that can be adjusted and thus derive promising design concepts from this.”


    Encouraging researchers

    The researchers tested these conceptual considerations with selected alloys using the oxygen reduction reaction relevant to fuel cells. They were able to demonstrate in which cases replacing or adding an element to an existing element combination has a positive effect and vice versa. They were also able to identify combinations that are suitable for further optimisation.

    “For material synthesis, this means an immense saving in time and money,” says Professor Alfred Ludwig, Chair for Materials Discovery and Interfaces at RUB. “Producing and analysing all of the possible element ratios of an alloy consisting of five elements is a huge challenge. By eliminating elementary hurdles, we hope to further facilitate access to this highly topical and technological relevant field and encourage more researchers to contribute with their respective skills.”


    Funding
    The work was funded by the German Federal Ministry of Education and Research in the project Nemezu (03SF0497B) and the German Research Foundation in the cluster of excellence Ruhr Explores Solvation Resolv EXC 2033 – project number 390677874 and the projects LU1175/23-1, LU1175/22-1 and LU1175/26-1. Support was also provided by the Fund from the Chemicals Industry and the Max Planck Research School for Interface Controlled Materials for Energy Conversion IMPRS Surmat.

    Original publication
    Tobias Löffler, Alan Savan, Hajo Meyer, Michael Meischein, Valerie Strotkötter, Alfred Ludwig, Wolfgang Schuhmann: Design of complex solid solution electrocatalysts by correlating configuration, adsorption energy distribution patterns and activity curves, in: Angewandte Chemie International Edition, 2019, DOI: 10.1002/ange.201914666

    Press contact
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann
    Analytical Chemistry – Center for Electrochemical Sciences (CES)
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr-Universität Bochum
    Germany
    Phone: +49 234 32 26200
    Email: wolfgang.schuhmann@rub.de

    Prof. Dr. Alfred Ludwig
    Materials Discovery and Interfaces
    Institute for Material
    Faculty of Mechanical Engineering
    Ruhr-Universität Bochum
    Germany
    Phone: +49 234 32 27492
    Email: alfred.ludwig@rub.de

  • TU Dortmund University Researchers Efficiently Generate Light with Magnetic Nanoplates

    31st January 2020, Publication in Nature Nanotechnology


    Electron microscopic image of nanoplates. Their effective thickness is only about two billionths of a metre; in the plane they are ten times as large.
    © Experimentelle Physik 2​/​TU Dortmund

    Nanoplates are chemical systems that emit light and can be used in light-emitting diodes, for example. Together with international colleagues, researchers at TU Dortmund University have succeeded in turning the platelets into strong magnets, allowing the properties of the light emitted by the nanoplatelets to be controlled in a targeted manner. The team published the results in the renowned journal Nature Nanotechnology at the end of January.

    In recent years, a new class of chemically relatively easily synthesizable systems has been produced - nanoplates. These are very flat structures that are only a few billionths of a metre thick, but have a much greater extent in the plane. As a result, electrical current can flow almost unhindered in the plane, but not at all vertically.

    The special feature of such structures is that they emit very bright light when such a current is injected, which is why they are planned to be used in light-emitting diodes in the future. In addition, the nanoplates can be manufactured very energy-efficiently from environmentally friendly materials. Even the color of the emitted light can be varied by choosing the thickness of the platelets and the material from which they are made.

    However, little research has been done so far on the influence the surface of the nanoplates has on the light. A research group led by Prof. Dmitri Yakovlev from the Department of Experimental Physics 2 at the TU Dortmund University, together with colleagues from Russia, France, Belgium and Italy, has now succeeded in making nanoplates - which are actually non-magnetic - into strong magnets. For this purpose, they have used surfaces on which chemically unbound charges are located. This magnetism makes it possible to selectively adjust various properties of the light emitted from the nanoplates - including the speed at which the light is emitted and the polarization, i.e. the direction in which the light wave oscillates. In the production of the nanoplates, the surfaces must then be tailored accordingly.

    Contact for further information:

    Prof. Dr. Dmitri Yakovlev

    Phone: +49 231 755 3534
    fax: +49 231 755 3674
    e-mail: dmitri.yakovlev@tu-dortmund.de

    Experimental Physics II
    physics department

  • From 2D crystal to 1D wire

    30th January 2020, Unexpected behaviour of the material


    Careful polishing produces even steps with a height of exactly one atom – as in the attempt to build a slanted plane using only Lego bricks of the same size. © UDE

    No volume, not even a surface: a one-dimensional material is like a wire and has properties that are completely different to its 3D counterpart. Physicists at the University of Duisburg-Essen (UDE) have now discovered a system that, at warmer temperatures, forms self-organized wires consisting of only one row of individual atoms.

    "Low-dimensional systems are en vogue", according to Professor Michael Horn-von Hoegen, experimental physicist in the UDE Collaborative Research Centre 1242 "Non-equilibrium dynamics of condensed matter in the time domain". Restricting a system of three dimensions to just one dimension creates the possibility of discovering new properties in the material.

    Therefore, the scientists used stepped surfaces to allow atomic wires to form in a self-organized way by cutting a silicon crystal at an angle of 12 degrees. Careful polishing produces even steps with a height of exactly one atom – as in the attempt to build a slanted plane using only Lego bricks of the same size. The edges of the steps are formed by silicon atoms, with two rows of gold atoms deposited behind them.

    Atoms shift

    The researchers are now interested in every third silicon atom in this row at the edge, because it has special properties: At very low temperatures, these atoms are arranged in a regular lattice (viewed across the steps), i.e., in a two-dimensional crystal structure. And now heat is added: from previously -223°C, the system is now heated to around -123°C. This thermal energy causes the regular distances between the special silicon atoms to break up. They are now sometimes two, sometimes four atoms apart.

    This way, independent chains of atoms are formed, which run along the edges of the steps. The fact that physicists can explain this phenomenon in detail today is due in large part to UDE theorist Prof. Björn Sothmann: His calculations explained what the pure experiment could not reveal.

    "Here, something new emerges almost out of nowhere," Horn-von Hoegen summarises. And the result also contradicts previous expectations: "2D order at low temperatures, one-dimensional structures when it gets warmer; you don't get this kind of thing from any other material. Now we want to find out whether this also applies to other systems - maybe even at room temperature".

    The highly respected scientific journal Physical Review Letters covers this in its current issue.

     

    Original publication:
    B. Hafke, C. Brand, T. Witte, B. Sothmann, M. Horn-von Hoegen, S. C. Erwin:
    “Thermally Induced Crossover from 2D to 1D Behavior in an Array of Atomic Wires: Silicon Dangling-Bond Solitons in Si(553)-Au”
    Phys. Rev. Lett. 124, 016102 (2020)
    https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.016102

    Further information:

    Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen, Fakultät für Physik, +49 203 37 9-1438, horn-von-hoegen@uni-due.de

     

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Dr. Guannan Liu's Flaming Research

    30th January 2020, Humboldt Fellow visiting chair of Prof. Christof Schulz


    Dr. Guannan Liu © privat

    Nanoparticles are the number one topic of conversation in many areas of the engineering and natural sciences. Humboldt Fellow Dr. Guannan Liu is investigating their formation in flame synthesis. She is currently a guest of Prof. Christof Schulz at the Institute of Combustion and Gas Dynamics at University of Duisburg-Essen.

    In the next two years, the thermophysical engineer will focus on the so-called flame synthesis. This allows the small particles to be produced from gaseous substances in a single step. To do this, she measures the electromagnetic waves emitted by the particles as they are created. "My results can then be used to analyze and optimize the theorists' process simulations," says the 27-year-old from Nanjing University of Science and Technology, describing her project.

    Liu's theoretical results could become attractive for applied research. "Flame synthesis makes it possible to produce particles with specific properties and is also easily scalable. It therefore offers potential for industrial production," says the scientist.

    Compared to existing large-scale gas phase processes, spray flame synthesis offers access to a wealth of materials that cannot be produced by other processes. However, actual industrial application has so far failed because expensive starting materials have to be used and research still knows too little about the underlying processes.

    Further information:
    Dr. Guannan Liu, guannan.liu@uni-due.de
    Prof. Dr. Christof Schulz, Tel. 0203/37 98161, christof.schulz@uni-due.de

    Editor: Alexandra Nießen, Tel. 0203/37 91487, alexandra.niessen@uni-due.de

     

  • Dr. Marion Franke appointed to IHK committee

    30th January 2020, Niederrheinische Industrie- und Handelskammer


    © IHK Niederrhein

    The Niederrheinische Industrie- und Handelskammer (IHK) has unanimously appointed Materials Chain Coordinator Dr. Marion Franke to the Committee for Research, Innovation and Digitisation.

    "For me, working on the committee is simply part of a vivid knowledge and technology transfer. I am therefore very much looking forward to it and hope that it will contribute to the positive development of the region and strengthen the necessary link between science and industry" Franke said.

    The Niederrheinische Industrie- und Handelskammer represents the overall economic interests of its member companies vis-à-vis the state government, local authorities, courts and the public. An important part of its work is to create better location conditions for companies in Duisburg and in the districts of Wesel and Kleve.

    Editor: Sarah Heuser, sarah.heuser@uni-due.de

  • Materials Chain - The Movie

    29th January 2020, A Glance Behind the Lab Doors


    © Materials Chain

    Self-healing plastics, magnetic cooling, shape memory alloys - these are the new characteristics of the transformed Ruhr area. The region is establishing itself across the board in research on modern materials: 273 scientists from the three major universities and their working groups work together in the Materials Chain: A short movie now presents the huge research network.

    Scientists from Ruhr-Universität Bochum (RUB), Technical University Dortmund (TU Do) and the University of Duisburg-Essen (UDE) are researching modern materials with new or improved properties in the Materials Chain.

    In the future, for example, our fridges will no longer work with compression refrigeration but will cool magnetically - much more efficiently and without harmful components. Other research teams are working on shape memory alloys: Materials which, after deformation, "remember" their old shape and regain their original form by themselves. They are already being used in applications ranging from dentistry to space technology. The development of processors made of special bacteria mixed with nanometer-sized magnetic spheres is another area in which researchers in the Materials Chain are working. These should be able to process significantly more data than their silicon-based counterparts at the same size.

    The film allows a look behind the laboratory doors of the natural scientists and engineers in the region.

    Watch the movie here on our website or directly on our YouTube channel


    Further information: Alexander Heinemann, 0203 / 37 9-8175, alexander.heinemann@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, 0203 / 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Best Teacher Award for Prof. Monika Schleberger

    28th January 2020, Award from the NanoEngineering Course


    Prof. Marika Schleberger is awarded the best Teacher Award in January 2020. © UDE


    On January 25, Prof. Marika Schleberger from the Faculty of Physics of University of Duisburg-Essen (UDE) was honored with the Best Teacher Award of the NanoEngineering course of study.

    The certificate was handed over during the graduation ceremony of the Faculty of Engineering at UDE. Schleberger has repeatedly given the lecture "Properties and Applications of Nanomaterials II" for future nano-engineers in the Nanoengineering course.

    Congratulations on this very special award!

  • Prof. Christof Schulz Appointed to DFG Senate Committee

    21st January 2020, Materials Chain researcher will support DFG for 3 years


    © CAR/Jan Schürmann

    Starting in July 2020, Prof. Christof Schulz will accompany and review the Collaborative Research Centres in the DFG Senate Committee. He was appointed to the committee for three years by the Senate of the German Research Foundation (DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft).

    It consists of up to 40 scientists, who are also members of the Grants Committee for the Promotion of Collaborative Research Centres.

    Schulz, Professor for Reactive Fluids at the Faculty of Engineering at the University of Duisburg-Essen (UDE), conducts research in the field of combustion processes and nanomaterial synthesis. Since 2007, the Leibniz Prize winner has been a member of the board of the Center for Nanointegration (CENIDE) and since 2008 director of the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) at UDE.

    Further information:
    https://www.dfg.de/dfg_profil/gremien/senat/sonderforschungsbereiche/index.html
    https://www.uni-due.de/ivg/rf/christof_schulz.php

  • Immunotherapy through Nano Tools

    8th January 2020, Materials Chain researchers successfully applied for funding from German Cancer Aid


    © UDE/UK Essen

    from left: Prof. Sebastian Schlücker, Prof. Barbara Saccà und Prof. Sven Brandau

    Together, scientists from medicine, biology and chemistry at the University of Duisburg-Essen (UDE) are now pursuing a new and visionary approach to combating oncological diseases. In the joint project headed by Prof. Sven Brandau, nano-tools are to be developed that switch off cancer-promoting immune cells within tumours. Deutsche Krebshilfe is funding the precision immunotherapy project with 800,000 euros over three years.

    With almost 230,000 deaths per year, cancer is the second most frequent cause of death in Germany according to the Federal Statistical Office. Not all cancers are the same, as there are many different oncological diseases. However, almost all human tumours have in common that their tissue contains not only cancer cells but also tumour-promoting immune cells. And this is exactly where the scientists are starting: Their goal is to specifically recognize and eliminate these immune cells through highly specific immunotherapy. To this end, they want to develop suitable molecular nano-tools in a collaborative effort.

    The research groups of Prof. Sven Brandau, Faculty of Medicine, Prof. Barbara Saccà, Faculty of Biology, and Prof. Sebastian Schlücker, Faculty of Chemistry, have successfully applied for research funding from German Cancer Aid. Their project "Precision immunotherapy through molecular recognition motifs on gold nanorods" was selected from numerous project proposals and will be funded for three years from 2020 onwards with approximately 800,000 euros in the funding priority "Visionary new concepts in cancer research". The interdisciplinary team combines its know-how in immunoncology, DNA nanotechnology, nanomaterial chemistry and optical spectroscopy.


    Further information:
    Prof. Sven Brandau, Experimental and Translational Research, Clinic for ENT Medicine, Tel. 0201/72 3-3193, sven.brandau@uk-essen.de

    Editor: Christine Harrell, Tel. 0201/72 3-1615, christine.harrell@uni-due.de

     

  • The Effect of the Hot Electron

    19th December 2019, Understanding Metal Insulator Materials


    Electron diffraction pattern of the sample (colours added later)
    © Bovensiepen


    You can't really see them, but you can still follow the flow of energy like in a flip book: Physicists from the University of Duisburg-Essen (UDE) have investigated the energy transfer in a metal insulator material and published their results in the journal "Physical Review B". In the long term, they could contribute to solving the heat problem in microelectronics through targeted materials design.

    Laptops and servers - they would be condemned to heat death without energy-consuming and bulky technology to cool the sensitive circuits. Unwanted but previously unavoidable waste heat is an expensive problem. If one traces its cause back to the atomic level, one ends up with the electron which makes its way through various materials. But how exactly?

    UDE physicists from the Collaborative Research Centre "Non-equilibrium dynamics of condensed matter in the time domain" have investigated this. To do this, they used an excitation-interrogation method to investigate a material that alternately consists of thin layers of metal (iron) and insulator (magnesium oxide): a laser pulse injects energy into the system, and a short time later an X-ray beam reads out a snapshot of how it propagates through the material in the form of "hot electrons". "If we increase the temporal distance between the two pulses evenly, we can follow the process like in a film," explains experimental physicist Dr. Andrea Eschenlohr.

    Reaction in a trillionth of a second

    The result: in less than a picosecond (0.000 000 000 001 s), the hot electrons excite the metal lattice; almost simultaneously, the interface between the materials begins to oscillate. Another picosecond later, the insulator also reacts. "The latter surprised us," says Eschenlohr. "We did not expect that these interface oscillations are so important." Theoretical simulations confirmed the results in detail.

    In the next step, the physicists now want to investigate more complex systems and generalise the results as far as possible. "In the long term, this could possibly lead to a precisely matched mix of materials for different tasks and solving the problem of waste heat.

    The publication was made in cooperation with the research groups of Prof. Uwe Bovensiepen, Prof. Rossitza Pentcheva and Prof. Heiko Wende.


    Original publication:
    N. Rothenbach, M. E. Gruner, K. Ollefs, C. Schmitz-Antoniak, S. Salamon, P. Zhou, R. Li, M. Mo, S. Park, X. Shen, S. Weathersby, J. Yang, X. J. Wang, R. Pentcheva, H. Wende, U. Bovensiepen, K. Sokolowski-Tinten, and A. Eschenlohr
    Microscopic nonequilibrium energy transfer dynamics in a photoexcited metal/insulator heterostructure
    Phys. Rev. B 100, 174301 (2019) DOI: 10.1103/PhysRevB.100.174301


    Further information:
    Dr. Andrea Eschenlohr, phone 0203 37 9-4531, andrea.eschenlohr@uni-due.de

  • Bochum Team Wins Second Place with Machine Learning

    19th December 2019, Materials Science


    © RUB/Marquard

    Actually, the algorithm was used for something else. Its use in competition showed its adaptability.

    With their algorithm for predicting material properties, Dr. Yury Lysogorskiy and Dr. Thomas Hammerschmidt from the Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) at Ruhr-Universität Bochum (RUB) took second place in an international competition on machine learning. The secret of their success was the combination of data analysis with physical models and information on the chemical properties of the elements that make up potential materials for solar cells and touch screens. The algorithm from Bochum as well as the first-placed solution from Yokohama, Japan, and the third-placed solution from London, Great Britain, were published in the journal NPJ Computational Materials on November 18, 2019.

    Predicting the crystal structure of materials

    The methods used were actually developed to simulate metallic alloys. For the competition, the researchers adapted these methods to predict the structural stability and optical properties of transparent electron conductors. "These materials, which are for example used in touchscreens, are composed of the elements aluminum, gallium, indium and oxygen," explains Thomas Hammerschmidt. By varying the proportions, the material properties can be optimized for technological applications.

    Testing the basic suitability

    In this competition, which was organized by the European centre of excellence "Nomad" and the Internet platform for machine learning "Kaggle", a data set of results from quantum mechanical calculations was made available. A second data set was initially kept secret. The algorithms were to be trained with the first data set in order to then predict the second data set as accurately as possible. "This competition was about the performance and comparability of different approaches to solving problems," says Thomas Hammerschmidt.

    The approach proves to be transferable

    "There are different approaches for specific predictions of certain compositions," explains the researcher. "We were interested to see how transferable our own approach is to different classes of materials and tasks." The Bochum approach incorporated results of the preliminary work at ICAMS, in particular physically motivated descriptors of the local atomic environments of atoms in the crystal lattice.

    Original publication

    Christopher Sutton, Luca M. Ghiringhelli, Takenori Yamamoto, Yury Lysogorskiy, Lars Blumenthal, Thomas Hammerschmidt, Jacek R. Golebiowski, Xiangyue Liu, Angelo Ziletti, Matthias Scheffler: Crowd-sourcing materials-science challenges with the NOMAD 2018 Kaggle competition, in: NPJ Computational Materials, 2019, DOI: 10.1038/s41524-019-0239-3

    Press contact

    Dr. Thomas Hammerschmidt
    Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 29375
    e-mail: thomas.hammerschmidt@rub.de

  • From Dust Particle to Planet

    12th December 2019, Mystery of Collision Barrier Solved


    © Eso/ALMA

    Planets form in the rotating gas and dust cloud around a young star. Dust particles collide there and grow into huge boulders. Until now, it was unclear how this works. If the particles are a millimeter or more in size, they bounce off each other. Physicists from the University of Duisburg-Essen (UDE) seem to have solved the mystery. In experiments, they have shown that the colliding dust grains become electrically charged and therefore adhere to each other. Nature Physics reports on these findings in its current issue.

    "Flour sticks to the wall, sand doesn't," explains astrophysicist Prof. Gerhard Wurm in an everyday context, explaining how the collision barrier of particles must be imagined. This "bouncing barrier" in the formation of planets has been driving science for decades. "It is undisputed that the dust grains that collide in the protoplanetary disk can never grow directly into aggregates larger than one millimeter. Nevertheless, in millions of years, this could become a planet 10,000 km in size. How does that work?"

    The UDE physicists' idea: Electric charge could give adhesion. Because the dust aggregates collide again and again, they charge each other in different ways and then attract each other.

    "We have systematically investigated whether this is actually possible in many experiments in the drop tower in Bremen. We represented the particle cloud with millimeter-sized glass spheres and then let the spheres collide with each other," says Wurm. "It was as we suspected: They charged positively and negatively and at low speeds they grew by several centimeters."

    However, the eight-member team did not want to rely on the experiments alone. So Prof. Dietrich Wolf's research group (theoretical physics) checked the whole thing by simulations. After almost two years of research, the UDE physicists are now certain: Proof has been provided - electric charge overcomes the collision barrier! "We are certain that we have closed a gap in planet formation," Prof. Wurm is convinced. "However, many questions are still open, such as how large the aggregates can ultimately become or what role the mineral composition and the different temperatures in the gas and dust disks play in this process."

    Electrical charging overcomes the bouncing barrier in planet formation', Nature Physics, veröffentlicht am 09.12.2019, DOI: 10.1038/s41567-019-0728-9

    Further Information:
    Prof. Dr. Gerhard Wurm, Experimentelle Astrophysik, Tel. 0203/37 9-1641, gerhard.wurm@uni-due.de

    Editor: Ulrike Bohnsack, Tel.0203/37 9-2429, ulrike.bohnsack@uni-due.de

  • Sensor Sticker Monitors Food Production

    11th December 2019, Project Launch


    From left to right: Prof. Tschulik, Dr. Vöpel, Prof. Plumeré © RUB/Kramer

    Companies can easily monitor online whether everything is running smoothly in production - by sticking smart sensor stickers on machines.

    Germs in the sausage factory - a horror scenario for manufacturers and consumers. In order to detect such and other disturbances of production processes in agriculture and the food industry at an early stage, researchers are developing smart sensor stickers in the "Smart (Bio)-sensors for the process industry" project, "Saber Print" for short. They can be fitted with various sensors and allow production processes to be monitored online. The project consortium includes the Cluster of Excellence "Ruhr Explores Solvation (Resolv)" at Ruhr-Universität Bochum (RUB), the University of Maastricht, the seal manufacturer Garlock from Neuss and the company Yookr from Venlo. The project is funded with a total of 1.3 million euros in the Interreg programme of the European Union.

    Stickers measure substance concentration, pH value, impurities

    The central innovation of the project is a flexible sensor sticker that can be directly integrated into seals, for example, to monitor industrial processes online. "Initially, we will develop sensor stickers for monitoring selected parameters, such as the concentration of certain substances like glucose, the pH value or microbial contamination," explains project coordinator Prof. Nicolas Plumeré (RUB). Part of the concept is that the stickers, which each measure certain values, can be easily replaced. "The user can attach the stickers to different industrial components, depending on the process he or she wants to monitor exactly," says Dr. Tobias Vöpel from the Centre for Electrochemistry at RUB.

    German-Dutch border region benefits

    With this idea, the project consortium wants to make a contribution to the digitalization of manufacturing processes - generally discussed as Industry 4.0. The continuous monitoring of industrial processes by smart machines makes production processes more efficient and sustainable. The project results will have a major impact on agriculture and the food industry, two sectors that play an important role in the German-Dutch border region. "Thanks to Saber Print, the border region can profit from this technical progress at an early stage," emphasizes Prof. Kristina Tschulik, head of RUB's Electrochemistry and Nanoscale Materials group. As the smart technology reduces installation and maintenance costs and increases overall productivity, it also expects an economic benefit for the user's operations.


    Press contact

    Prof. Dr. Nicolas Plumeré
    Research Group Molecular Nanostructures
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 29434
    e-mail: nicolas.plumere@rub.de

    Prof. Dr. Kristina Tschulik
    Chair of Analytical Chemistry II
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 29433
    e-mail: nanoec@rub.de

    Dr. Tobias Vöpel
    Center for Electrochemistry
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 29092
    e-mail: tobias.voepel@rub.de

  • Wende New Liaison Lecturer

    3rd December 2019, Studienstiftung des deutschen Volkes


    Prof. Heiko Wende from the University of Duisburg-Essen (UDE) is now a liaison lecturer for Studienstiftung des deutschen Volkes. In October, he was officially appointed by the Foundation's Executive Board. The second liaison lecturer on the Duisburg campus also comes from the Materials Chain.

    Each liaison lecturer supervises an interdisciplinary group of up to 15 scholarship holders sponsored by Studienstiftung des deutschen Volkes. Wende advises the scholarship holders on general questions concerning their studies. He is currently looking after ten students from very different fields: from politics and economics to medical technology and sociology.

    Once a semester, Wende, himself an alumnus of the funding program, meets with his group for a jointly planned venture. He focuses on the interdisciplinary component of the scholarship. He wants to motivate the students to exchange ideas and to look beyond their own discipline. The regular meetings of the group offer an excellent opportunity for this. "I can broaden my horizons at these meetings", explains Wende. "Getting to know other interests and subject areas is the most exciting part of it."

    Currently, two members of the Materials Chain are appointed as liaison lecturers at the Duisburg campus of the UDE: Besides Wende, head of the working group "Magnetic Nanostructures" in physics, Prof. Dr. Roland Schmechel, head of the working group "Nanostructure Technology" from the engineering sciences, is also there for the scholarship holders. Wende took over from Prof. Dr. Marika Schleberger.

    Studienstiftung des deutschen Volkes is the oldest and largest scholarship organisation for gifted students in Germany. It supports students who perform excellently in their studies and are also socially committed.


    Further information:
    Prof. Dr. Heiko Wende, Tel. 0203 37 9-2838, heiko.wende@uni-due.de

    Editor: Jan Jerig

  • Extending STEM Views

    2nd December 2019, 120,000 Euros for zdi Student Laboratory


    © UDE, eventfrotograf.in

    Technical devices such as microscopes are essential for STEM subjects. In the zdi Student Laboratory at the University of Duisburg-Essen (UDE) young people will soon be able to experience how they work, using virtual augmented reality apps. The project is financed with 120,000 euros, half of which comes from the European Regional Development Fund, the other half from the zdi Student Laboratory and the Chair for Verteilte Systeme of Prof. Dr. Torben Weis.

    By using the camera and a shutter release of mobile devices, Augmented Reality (AR) apps complement the real world with digital and virtual elements. Currently the best-known examples of this technique can be seen in the gameplay of the mobile game “Pokémon Go” and in football broadcasting, where the correct free kick distance is shown on the screen. AR is now also used in industrial manufacturing and logistics, where employees receive information via data glasses or displays from mobile devices.

    But AR is also useful in training. "Students retain content they have experienced much better than what they just heard", says Dr. Kirsten Dunkhorst, head of the zdi Student Laboratory at UDE. Digital images, 3D elements and videos are more vivid than texts for abstract and complex content. Professor Weis and his team are developing apps for the project "AR-InGo - Augmented Reality für die Ingenieurwissenschaften" until 2022. In the future, 8- to 13-graders will be able to virtually understand how microscopes reproduce surfaces or which chemical reactions take place in a dye solar cell.

    The aim of the AR project is to develop a digital training concept and at the same time involve small and medium-sized companies. This would enable the young people already in the zdi Student Laboratory to see what their professional future could look like. "AR applications are increasingly being used as a learning tool, especially in STEM training courses or during studies", says Kirsten Dunkhorst. "If the young people already learn from us how AR is used in the engineering sciences, they may want to do so in the future and decide to study engineering."

    Further information:
    https://www.zdi-portal.de/efre-zdi/
    https://www.uni-due.de/nano-schuelerlabor/
    Dr. Kirsten Dunkhorst, zdi student laboratory, 0203/37-93409 or 98030, kirsten.dunkhorst@uni-due.de

    Editor: Alexandra Niessen, 0203/37-91487, alexandra.niessen@uni-due.de

     

  • New Shape Memory Alloy Developed at RUB

    29th November 2019, Young Researchers Combine Theory and Experiment


    © RUB, Marquard

    A research team from Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) and the Institute for Materials (IFM) at Ruhr-Universität Bochum (RUB) developed a new shape memory alloy that returns to its original form for many times when heated. Using computer simulation, Alberto Ferrari (ICAMS) calculated a design proposal for a shape memory alloy that remains efficient for a long time even at high temperatures. Alexander Paulsen (IFM) produced it and confirmed the prediction experimentally. The alloy of titanium, tantalum and scandium is not only a new high-temperature memory alloy. The research team has also shown how theoretical predictions can be used to produce new materials more quickly. The group published an article in Physical Review Materials on October 21, 2019, and their work was highlighted as Editor's suggestion.

    Avoiding unwanted phases

    Shape memory alloys can regain their original shape after deformation when the temperature changes. This deformation is based on a transformation of the crystal lattice in which the atoms of the metals are arranged. The researchers speak of a phase transformation. "In addition to the desired phases, there are also phases that persist and considerably weaken or even completely destroy the shape memory effect", explains Dr. Jan Frenzel from the Institute of Materials. The so-called omega phase occurs at a certain temperature, which depends on the composition of the material. Many previous shape memory alloys for the high-temperature range were able to withstand only a few deformations before they became unusable due to the formation of the omega phase.

    Promising shape memory alloys for high temperature applications are based on a mixture of titanium and tantalum. By changing the proportions of these metals in the alloy, researchers can influence the temperature at which the omega phase occurs. "While it is possible to push this temperature up, one thereby lowers the temperature of the desired phase transformation", says Jan Frenzel.

    Additive changes the properties

    The researchers at RUB wanted to understand the mechanisms of the onset of the omega phase in detail and thus find ways to improve the performance of shape memory alloys for the high-temperature range. Alberto Ferrari, PhD student at ICAMS, calculated the stability of the respective phases as a function of temperature for different compositions of titanium and tantalum. "He was thus able to confirm the results of experiments", reports Dr. Jutta Rogal (ICAMS).

    In the next step, Ferrari simulated the admixture of small amounts of third elements into the shape memory alloy of titanium and tantalum. He selected the candidates according to certain criteria, for example they should be as non-toxic as possible. The result was that an admixture of a few percent of scandium would have to result in the alloy functioning for a long time even at high temperatures. "Scandium belongs to the rare earths and is correspondingly expensive. But since we only need very little of it, it's still worth the effort", explains Jan Frenzel.

    Prediction is accurate

    Alexander Paulsen then produced the alloy calculated by Alberto Ferrari at the Institute for Materials and tested its properties in an experiment: the results confirmed the calculations. A microscopic examination of the samples later proved that even after many deformations, no omega phase was found in the crystal lattice of the alloy. "We have thus not only expanded our basic knowledge of titanium-based shape memory alloys and developed possible new high-temperature shape memory alloys," says Jan Frenzel. "It is also excellent that the predictions of the computer simulation are so accurate. Since the production of such alloys is very time-consuming, the implementation of computer-aided design proposals for new materials promises much faster success.

    Original publication
    Alberto Ferrari, Alexander Paulsen, Dennis Langenkämper, David Piorunek, Christoph Somsen, Jan Frenzel, Jutta Rogal, Gunther Eggeler, Ralf Drautz: Discovery of ω-free high-temperature Ti-Ta-X shape memory alloys from first-principles calculations, in: Physical Review Materials 2019, DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.3.103605

    Press contact
    Dr. Jutta Rogal
    Atomistic simulation of the kinetics of phase transformations
    Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 29317
    E-mail: jutta.rogal@rub.de

    Dr. Jan Frenzel
    Chair of Materials Science
    Institute for Materials
    Faculty of Mechanical Engineering
    Ruhr University Bochum
    Phone: +49 234 32 22547
    E-mail: jan.frenzel@rub.de

  • Bioelectrocatalysis as Basis for the Energy Revolution

    28th November 2019, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Biocatalysts are promising materials for the switch to renewable energies. But what works in the laboratory does not necessarily mean a breakthrough for industrial applications: a research team from the Center for Electrochemical Sciences (CES) at Ruhr Universität Bochum (RUB) discusses hurdles that have to be overcome in the journal Nature Catalysis from 25 November 2019, focusing on two main research fields: the development of bioelectrodes for hydrogen oxidation for biofuel cells and the development of efficient biophotoelectrodes for the solar-assisted synthesis of chemicals and regenerative fuels.

    Enzymes as catalysts

    The effectiveness and selectivity of biological catalysts have been continuously optimised by nature over millions of years. Redox proteins are a special class of these enzymes, as they catalyse not only purely chemical reactions but also reactions coupled to an electron transfer. “In this respect, the analogy to reactions such as those used in industrial electrocatalytic processes such as hydrogen oxidation or oxygen reduction on precious metals in fuel cells is of great importance,” says Professor Wolfgang Schuhmann from the Center for Electrochemical Sciences at RUB. Another essential class are light-activated enzymes that are activated by light irradiation and can generate an electron flow, in the same way as semiconducting materials. A key factor is that such enzymes contain active centres which, in contrast to catalysts based on precious metals and purely inorganic semiconductor materials, are made up of elements that are abundantly present in nature.

    Only a few applications to date

    Because of these properties, such biological systems constitute promising model compounds or even alternatives for future catalyst and semiconductor technologies. “However, to date only a few specific electrocatalytic applications have been implemented by bioelectrocatalytic methods,” says Wolfgang Schuhmann. The properties of the enzymes themselves and the use of special and complex electrode architectures, which are necessary for the development of powerful and thus competitive processes, curtail such processes.

    In the review article, the RUB team discusses the limitations and hurdles to be overcome for the technological use of hydrogenase-based bioelectrodes for hydrogen oxidation and efficient biophotoelectrodes based on protein complexes from photosynthesis, photosystem I and II, as well as bacterial photoactive centres.

    Enzymes immobilise and protect

    The essential aspect for the structure and design of bioelectrodes is the electrical connection of enzymes to the electrode surface. The authors describe how specifically synthesised redox polymers not only immobilise and electrically wire the enzymes, but also protect them from harmful substances such as oxygen.

    In addition, the team outlines approaches that facilitate deployment in processes on a large scale. “Here, we are paying particular attention to the potential of synthetic enzymes, which are regarded as a major step towards potential applications,” says Dr. Adrian Ruff from the project team. Technological approaches such as the introduction of special electrode materials, the use of gas diffusion electrodes to increase mass transport, or special immobilisation methods such as the directed binding of photoactive enzymes using the Langmuir-Blodgett technique are also discussed.

    Editor: Meike Drießen

  • Nano Platinum for Neurological Implants

    27th November 2019, Mercator Fellow Brian Giera at University of Duisburg-Essen


    © privat

    Normal movements without trembling or cramping - this is what brain pacemakers allow people with Parkinson's disease to do. High quality and long-term stability of the implanted electrodes are essential in order to minimize follow-up operations. To this end, researchers at the University of Duisburg-Essen (UDE) want to coat the implants with metal nanoparticles and thus improve the contact between implant and tissue. Dr. Brian Giera from the Livermore National Laboratory (USA), currently a Mercator Fellow at the UDE, is also involved.

    In the project "Coating neuroelectrodes with nanoparticles by electrophoretic deposition", which is funded by the German Research Foundation, scientists from Technical Chemistry I are collaborating with colleagues from Hannover Medical School.

    Improving the implant

    A great deal revolves around electrophoretic deposition (EPD): the tiny wires of the electrodes - less than 1 mm in diameter - are immersed in a liquid containing platinum nanoparticles. If an electric field is then applied, the particles settle very thinly on the surface of the electrodes and improve contact with the brain tissue: the electrical resistance of the implant decreases, the current reaches the nerve cells better, the battery lasts longer and thus fewer follow-up operations are necessary.

    For people with restrictive movement disorders, deep brain stimulation improves their quality of life considerably. This is particularly true in serious cases where medication is no longer effective. In order to further improve the EPD and thus the quality of the coating, knowledge from various disciplines is now being brought together.

    Dr. Brian Giera at the UDE again

    The researchers are working with Dr. Brian Giera from the Californian Lawrence Livermore National Laboratory, who will be at the UDE for a second time for a month starting November 28. The 34-year-old is one of the world's leading experts in the field of computer-aided simulation of these processes.

    Together, Giera and the UDE researchers want to understand the EPD in detail: For example, how does the arrangement of the particles on the electrode surface change if their initial concentration is changed? What influence does the strength of the applied electric field have? "If we know these relationships, we can control the process specifically," explains Dr. Christoph Rehbock, head of the Nano-Bio-Materials research group within Technical Chemistry. "We can then use the type of coating to adjust the resistance of the electrodes.

    "I am delighted to be involved in such an interdisciplinary and international cooperation project in which experts from physics, chemistry and medicine work closely together," says Giera.

     

    Further information:
    Dr. Christoph Rehbock, Technical Chemistry I, University of Duisburg-Essen, Tel. 0201 18 3-3040, christoph.rehbock@uni-due.de 

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/barcikowski/forschen.htm

  • Third Funding Phase for CRC 103

    25th November 2019, Superalloys for Turbine Blades


    © RUB, Marquard

    Turbine blades operate at more than 1,000 degrees Celsius. And they should do so for as long as possible to save fuel.

    To ensure that turbines in aircraft and gas power plants live as long as possible and work efficiently, the team at Collaborative Research Center 103 "From atoms to turbine blades - scientific basis for a new generation of single-crystal superalloys" is optimizing the microstructure of the turbine material. The German Research Foundation (DFG) has now approved the third and final funding phase of the Collaborative Research Centre/Transregio (SFB/TRR) at Ruhr Universität Bochum (RUB) until 2023. Following the development of the fundamentals over the past eight years, the focus is now on manufacturing processes.

    Optimising the microstructure

    The SFB/TRR 103, in which RUB and the Friedrich-Alexander-University of Erlangen-Nuremberg are involved, deals with a new generation of monocrystalline superalloys from which blades for turbines are made. These have to withstand mechanical stress and chemical attack at extremely high temperatures. "Their chemical composition and microstructure must be optimised in order to achieve higher efficiencies," says Professor Gunther Eggeler, spokesperson of the SFB/TRR and professor of materials science at RUB. Today, the main focus is on the efficient use of resources: One of the goals is to reduce fuel consumption and extend the service life of components.

    Closer to the application

    In the first two funding phases, the SFB/TRR 103 team developed basic principles for the production of alloys, alloying concepts, cross-scale modelling, mechanical testing and microstructural characterisation. In the third funding phase, which is now beginning, the researchers want to apply and further develop these results. "In the second funding phase, we took a major step towards the application of methods and towards greater complexity," said Eggeler. "For the basic projects, this means considering even more complex alloy compositions; for the materials engineering projects, it means approaching actual manufacturing processes.

    Editor: Meike Drießen

    Contact:
    Prof. Dr. Gunther Eggeler
    Chair of Materials Science
    Faculty of Mechanical Engineering
    Ruhr University Bochum
    Phone: 0234 32 23022
    E-mail: gunther.eggeler@rub.de

    https://www.sfb-transregio103.de/

  • New Magnets for Future Energy Technologies

    25th November 2019, CRC 270


    © TU Darmstadt

    State-of-the-art functional materials, such as strong permanent magnets for use in wind turbines and electric motors, or magnetic materials for efficient cooling, are needed to transition to a low emissions future. The German Science Foundation (DFG) has therefore granted €12 million for a new Collaborative Research Center (CRC) called “HoMMage”. This centre will begin its first 4 years on 1st of January 2020 at Technische Universität Darmstadt and the University of Duisburg-Essen (UDE).

    Strong permanent magnets based on rare earth elements are a requirement for future mobility and sustainable electricity generation. Wind turbines, which are expected to contribute more electricity with every passing year, and electric cars, which need to be both energy and resource-efficient, both rely on strong permanent magnets. A permanent magnet with an increased efficiency of 2 % can increase the range of a car by 20 km. Changing the temperature of a material by the application of an external magnetic field is the principle behind the magnetocaloric effect. This principle will enable operating refrigerators and air-conditioning devices quietly, with low energy consumption and without the use of traditional refrigerants, themselves strong greenhouse gases.

    Requirements: Affordable, environmentally friendly and efficient.

    All of these technologies rely on efficient magnet materials as their key components. However, they often contain raw materials which are rare, toxic and expensive. The researchers of the new CRC 270 HoMMage, which stands for “Hysteresis Design of Magnetic Materials for Efficient Energy Conversion”, are searching for new materials which operate close to their physical limits and are made from earth abundant materials.

    Together with their colleagues from Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) and Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons at Jülich Research Centre, the scientists of both universities will develop new processing methods for innovative magnet materials. Materials scientists, physicists, chemists and process engineers will work on magnetic materials by manipulating individual atoms but also by deforming massive samples. By linking the experimental and theoretical groups together in one centre they will be able to continuously cross-link their developments. Artificial intelligence, which accelerates materials discovery and the rapid identification of the most promising material combinations, will also be employed in HoMMage.

    Understanding the smallest detail

    “We want to gain a detailed understanding of what is happening within the material, or in other words, identify the DNA of the magnet”, explains CRC 270-speaker Oliver Gutfleisch, Professor of Functional Materials at TU Darmstadt.” That includes how the structural, magnetic and electronic interactions look like at the atomic level up all the way to the 2 kg of magnets that are placed in the electric motor of a car.” This knowledge will enable adjusting the local and global properties of a magnetic material by additive manufacturing and severe plastic deformation methods. “To achieve this goal, we have developed new ideas for processing techniques on all length scales, so that we can place the precious elements in the bulk magnet only where really needed”, co-speaker Professor Michael Farle from UDE adds.

    The activities of CRC 270 HoMMage are embedded in two profile areas “From Material to Product Innovation” and “Future Energy Systems” at TU Darmstadt as well as in the key research area “Nanoscience” of UDE.
     

    Further information:
    Professor Oliver Gutfleisch (speaker), Material Science (TU Darmstadt), 06151 16-22140, oliver.gutfleisch@tu-darmstadt.de
    Professor Michael Farle (co-speaker), Physics (Universität Duisburg-Essen), 0203 37 9-2075, michael.farle@uni-due.de

    Editors:
    Dr.-Ing. Sonja Laubach, TU Darmstadt, 06151 16-22153, laubach@fm.tu-darmstadt.de
    Birte Vierjahn, Universität Duisburg-Essen, 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • 1.5 Million Euros for Test Centre

    18th November 2019, Inland Waterway Vessels - Autonomous and Emission-free


    © JRF e.V./Alex Muchnik

    From left:
    Prof. Dirk Abel (RWTH Aachen), Prof. Dieter Schramm, Dean of Engineering Sciences (UDE), Hendrik Schulte (NRW Ministry of Transport), DST Director and UDE Professor Bettar Ould el Moctar, Dieter Bathen (UDE and JRF) and Ocke Hamann (Lower Rhine Chamber of Industry and Commerce).

    Autonomous inland waterway vessels with electric propulsion would be good for the climate. But a lot still needs to be programmed and tested. The Development Center for Ship Technology and Transport Systems (DST), a University of Duisburg-Essen (UDE) associated institute in Duisburg, is therefore setting up a test and management center. Dr. Hendrik Schulte, State Secretary at the NRW Ministry of Transport, was happy to announce funding of 1.5 million euros for the test centre.

    DST will set up the centre, called VELABI, in cooperation with the engineering departments of UDE and RWTH Aachen University. Eight scientists will develop and test new processes there for more than 10 years. With the largest inland port in Europe, Duisburg offers the best conditions for testing autonomous ships under real conditions. Until then, however, conventional and autonomous vehicles will have to share the waterways. Similar to the air traffic controllers in a tower,, skippers based in the management centre will therefore first ensure that there are no misunderstandings or collisions.

    The funding decision was presented at an event of the Johannes Rau Research Association (JRF), which dealt with the question "Green & Smart Shipping in NRW - When will the autonomous, emission-free inland waterway vessel arrive?"

     

  • TU Researchers Bring Light into Darkness

    13th November 2019, International Team Presents Results in Nature Communications


    © TU Dortmund

    Microscopic image of a nano antenna consisting of two cylinders with a radius of half a micrometer each and a height of 200 nanometers. The two cylinders are less than 100 billionths of a meter apart. The emission of light is particularly strong in this area. To generate light, the antenna is coated with a thin layer of tungsten diselenide, which has a thickness of only one atomic layer

    The interaction of light and matter is decisive for our lives. Examples are photosynthesis in nature or photovoltaics for solar cells. This is why intensive efforts are being made worldwide to optimize the interaction of light and matter. Researchers at the TU Dortmund are playing a major role in this. This week they presented the results of their research together with an international team in the renowned journal Nature Communications.

    Optimising the interaction of light and matter is particularly successful when the light field can be concentrated and amplified in small spatial areas, e.g. in so-called nanoresonators or nanoantennas. These are structures with two cylinders, each with a radius of half a micrometer and a height of 200 nanometers. They are shaped in such a way that they form a small gap with dimensions down to a few billionths of a meter in which the light field is trapped.

    In the last decade, it became possible to manufacture such resonators with high precision from metals. Although the light field is amplified in small, specifically shaped gaps in the metal, at the same time it is strongly attenuated in the metal itself, similar to the electrical resistance during current transport in metals. The resulting losses represent a considerable limitation for practical applications.

    Increased interaction due to gallium phosphide antennas

    A team from Sheffield, London, Munich and TU Dortmund has now succeeded in constructing such antennas from a material - gallium phosphide - in which these losses are completely suppressed. The increased light-matter interaction could be demonstrated by introducing a light source, a monatomic layer of tungsten diselenide, into the antenna. The researchers were able to show that the light emission from this material increases considerably compared to emission without an antenna.

    The Dortmund team contributed to the investigations with time-resolved measurements and showed that the light emission is drastically accelerated and that electrical energy can thus be converted into light particularly efficiently. These experiments were part of a new collaboration between Sheffield and Dortmund, which will receive £1.4 million over the next four years from the British Research Council Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

    Further information:

    Sortino et al., Enhanced light-matter interaction in an atomically thin semiconductor coupled with dielectric nano-antennas, Nature Communications volume 10, 5119 (2019)

    Contact person for further questions:
    Prof. Dr. Manfred Bayer

    Phone: +49 231 755 3532
    fax: +49 231 755 3674
    E-mail: manfred.bayer@tu-dortmund.de

    Experimental Physics II
    Faculty of Physics

  • Sparkasse Duisburg Awards Prizes

    12th November 2019, Young Scientists Honoured


    © Sparkassen Duisburg

    In the picture (from left):
    Dr. Julia Schmälter, Dr. Maximilian Büscher, Nele Harnack, Markus Heckschen, Dr. Christian Schneider, Rector Prof. Ulrich Radtke, Amelie Pullen, Dr. Joachim Bonn (Chairman of the Board of Management of Sparkasse Duisburg).

    The Sparkasse Duisburg has now honoured four students and four doctoral students* for their outstanding achievements. Two of them are members of working groups in our Materials Chain. The prizes are endowed with 2,000 and 1,000 euros respectively.

    They were honoured for their outstanding dissertations, which were awarded summa cum laude:

    • Dr. Maximilian Büscher, Topic: "Influence of voluntary reporting on the cost of capital of mandatory convertible bonds against the background of imperfect competitive conditions - Empirical evidence for AT1 CoCo bonds of European banks" (Business Administration)
    • Dr. Julia Schmälter, Topic: "The EU Complaince Deficite: Unwilling or Incapable?" (Social Sciences)
    • Dr. Dario Düsterloh, Topic: "Function optimization and complexity control in the development process of mechatronic chassis systems using the example of electromechanical steering systems" (Engineering Sciences)
    • Dr. Christian Schneider, Topic: "Wordline instantons and the Sauter-Schwinger effect" (Physics)

    Awards were given for special academic achievements:

    • Amelie Pullen (Business Administration)
    • Alessia Zaffaroni (Social Sciences)
    • Nele Harnack (Engineering Sciences)
    • Markus Heckschen (Physics)

    Further information:
    Johannes Hümbs, Sparkasse Duisburg, Tel. 0203/2815-836011, pr@spk-du.de

    Editor: Ulrike Eichweber, webredaktion@uni-due.de

  • Alexander von Humboldt Research Fellowship

    7th November 2019, Nano Building Blocks for Medicine


    © Alexander von Humboldt-Stiftung/Michael Jordan

    Dr. Chin Ken Wong is a fellow of the Alexander von Humboldt Foundation (AvH). Since October, he has been supported by the Foundation's Postdoctoral Fellowship. The chemist has been a research assistant at the Gröschel Working Group since October. He is researching the development of artificial building blocks for the transport of substances in the body.

    His current research project, which deals with "Preparation of biodegradable block copolymer hexosomes for controlled release applications", will be supported by the AvH Foundation for the next two years.

    Block polymers are tiny artificial building blocks that arrange themselves independently into certain structures. Wong's research focuses on a special form of these polymers called hexosomes. His goal is to develop biodegradable variants that could, for example, distribute drugs in the body.

    Wong received his doctorate in chemistry in Sydney in 2018. He then spent a year at the School of Chemistry and the ARC Training Centre for Chemical Industries, both part of the University of New South Wales. Since June 2019 he has been working at the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) of the University of Duisburg-Essen.

    The AvH Research Fellowship is awarded to above-average qualified scientists from abroad and enables long-term research projects in cooperation with a scientific host. The focus is on supporting postdoctoral students whose doctorates were obtained no more than four years ago. The funding can last between six and 24 months.

     

    Further information:
    Jun-Prof. André H. Gröschel, Tel. 0203 / 37 9-8212, andre.groeschel@uni-due.de

    Editor: Jan Jerig

     

  • PhD Award of the Verband der Elektrotechnik

    5th November 2019, Semiconductor Quantum Dot Devices


    © Privat

    On November 20, Dr. Franziska Muckel will be honored for her outstanding dissertation. She is awarded this year's doctoral prize by the Rhine-Ruhr Electrical and Electronic Manufacturers' Association (VDE). She received her doctorate in March 2019 from the UDE in the working group of Prof. Gerd Bacher.

    Muckel's dissertation was entitled "Magnetically doped semiconductor quantum dots from solvent-based production: from functionality to device". She is currently doing postdoctoral research at the University of Seattle in Washington.

    Speaker at the award ceremony will be Prof. Dr. Oliver Ambacher, Director of the Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics in Freiburg. Muckel will present her doctoral thesis following the keynote lecture on "Quantum Metrology".

    The award ceremony will take place at 16:30 in the Gerhard Mercator House on the Duisburg campus.

    The VDE PhD Prize is awarded for special doctoral achievements in electrical engineering, electronics, information technology or computer science and in complementary technologies and sciences. It has been awarded annually by VDE Rhein-Ruhr since 1992.

    Registrations for the participation in the award ceremony are possible by Mail until 8.11. to petra.merker@uni-due.de

     

    Further information:
    Prof. Dr. Gerd Bacher, Engineering Sciences, Tel.: 0203 379-3406, gerd.bacher@uni-due.de

    Editor: Jan Jerig

  • How Oxygen Destroys the Heart of Important Enzymes

    4th November 2019, Biology


    © RUB, Marquard

    New findings should help to protect hydrogen-producing enzymes from harmful oxygen in the future - interesting for biotechnology.

    Certain enzymes, such as hydrogen-producing hydrogenases, are unstable in the presence of oxygen. Researchers at the Ruhr University Bochum (RUB) have elucidated the reasons for this at the atomic level. They report the results in the Journal of the American Chemical Society, JACS for short, published online on October 14, 2019.

    Three RUB groups worked together on the experiments: Dr. Julian Esselborn - today at the University of California, San Diego -, Prof. Dr. Thomas Happe and Dr. Leonie Kertess from the Photobiotechnology working group were involved. The team cooperated with Prof. Dr. Eckhard Hofmann from the Röntgenstrukturanalyse an Proteinen research group and Dr. Ulf-Peter Apfel from the Inorganic Chemistry I department.

    The interdisciplinary cooperation at the interface of biology, chemistry and physics was embedded in the Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation (Resolv) and the Research Training Group Microbial Substrate Conversion (Micon).

    Structural changes due to oxygen

    The scientists investigated a hydrogenase from the bacterium Clostridium pasteurianum. The special feature of this class of enzymes is their structure consisting of six iron and six sulphur atoms. The so-called cofactor forms the heart of the protein on which the actual hydrogen production takes place.

    The researchers stored several samples of the enzyme with oxygen for different lengths of time. They then used X-ray structure analysis to investigate how the three-dimensional structure of the proteins had changed. "This method is very complex and complicated, but it helped us to follow the destructive process on an atomic level," said Julian Esselborn.

    Incubation with oxygen only altered individual atoms of the enzyme, i.e. certain iron atoms of the cofactor. This gradually led to the decay of the entire active centre. By understanding which iron atoms are particularly affected, the researchers hope to be able to better protect biotechnologically interesting proteins against oxygen in the future.

    Editor: Julia Weiler


    Original publication

    Julian Esselborn, Leonie Kertess, Ulf-Peter Apfel, Eckhard Hofmann, Thomas Happe: Loss of specific active-site iron atoms in oxygen-exposed [FeFe]-hydrogenase determined by detailed X-ray structure analyses, in: Journal of the American Chemical Society, 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b07808

    Press contact

    Prof. Dr. Thomas Happe
    Photobiotechnology Working Group
    Faculty of Biology and Biotechnology
    Ruhr University Bochum
    Phone: 0234 32 27026
    E-mail: thomas.happe@rub.de

     

  • Lecturer Award of the Chemical Industry Fund for Ulf-Peter Apfel

    30th October 2019, Chemistry


    © RUB, Marquard

    The chemist works with teams at two institutions. This collaboration makes it possible to translate new ideas from basic research directly into applications - for example in the field of CO2 recycling.

    Dr. Ulf-Peter Apfel has received the Lecturer Award of the German Chemical Industry Fund. The group leader at the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology in Oberhausen and at the Ruhr University Bochum accepted the award, which is endowed with 75,000 euros, in Ludwigshafen on October 30, 2019. The Chemical Industry Fund awards the prize to outstanding young scientists from the fields of chemistry and chemical biology who have achieved above-average achievements in teaching and outstanding scientific achievements.

    Producing hydrogen and converting carbon dioxide

    The production of hydrogen and the question of how carbon dioxide can be electrochemically converted into valuable raw materials for industry are the main research topics of Ulf-Peter Apfel. Together with his team, he is inventing new catalysts, electrodes and reactors for these conversion processes. Apfel is researching the basis for this with the junior research group "Activation of small molecules" at the Ruhr University. Together with the "Electrosynthesis" group at the Fraunhofer Institute, he is developing concepts for application based on these findings, also on an industrial scale.

    "We bring pure chemistry and engineering together," says Ulf-Peter Apfel. "I like bringing new developments from the basics to the application. That wouldn't be possible without the cooperation of these two teams."

    Editor: Julia Weiler

    Press contact

    Dr. Ulf-Peter Apple
    Junior Research Group "Activation of Small Molecules"
    Faculty of Chemistry and Biochemistry
    Ruhr University Bochum
    Phone: 0234 32 24187
    E-mail: ulf.apfel@rub.de

    and

    Group Electrosynthesis
    Energy Division
    Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology
    Phone: 0208 8598 1571
    E-mail: ulf-peter.apfel@umsicht.fraunhofer.de

  • Chemistry 4.0

    30th October 2019, The Next Step: From Excellent Research to Start-ups


    © RUB, Marquard
    Johannes Peuling, Uta Hohn, Kristina Tschulik und Martina Havenith mit dem Entrepreneurship-Berater Peter-Christian Zinn (von links)

    The incubator for chemical start-ups has begun its work.

    In chemistry, it is harder for founders to establish a company than in other fields. The start-up centre "Start4Chem", which has just been launched, offers help. Docked to the Ruhr Explores Solvation (Resolv) excellence cluster, it is part of the Start-up Centre NRW, for the construction of which the RUB is receiving state funding totalling more than 20 million euros.

    The first lecture for students from the natural sciences took place on 28 October 2019. The series "From Top-level Research to Top-level Business" deepens various aspects of setting up a company and familiarises students and doctoral candidates with the necessary know-how and the necessary steps.

    Start with 40 participants

    The initiators of Start4Chem, Prof. Dr. Kristina Tschulik and Prof. Dr. Martina Havenith, opened the incubator together with Prof. Dr. Uta Hohn, Vice Rector for Planning and Structure at the RUB, and Johannes Peuling, Managing Director of the Bochum Institute of Technology. Other professors from the RUB, representatives of the NRW Ministry of Economics and the chemical industry, founders and more than 40 young scientists who have registered for the course were also guests.

    "The Start4Chem start-up incubator is the first milestone towards innovative chemistry 4.0 in the region," said Hohn. Chemistry 4.0 describes a new, green chemistry that is sustainable, post-fossil and networked. Start-ups could create faster paths from excellent science to useful applications for society.

    A start-up culture with role models

    However, according to Havenith, there are current difficulties in setting up start-ups in the natural sciences. Unlike in information technology, a computer is not enough in chemistry. Rather, scientists need not only a good idea but above all this: subject-specific infrastructure, access to the company network, a networked campus, know-how and a new start-up culture with role models.

    The idea of Start4Chem was inspired by discussions in the "From Idea to Product" forum at the Ruhr Conference, which was moderated by Havenith together with NRW Economics Minister Prof. Dr. Andreas Pinkwart. "The excellent research is established, now Resolv wants to become a nucleus for excellent foundation", says Havenith.

    Socially, this step is timely.
    - Kristina Tschulik

    Kristina Tschulik is responsible for the conception and further development of Start4Chem in addition to her work as head of the working group Electrochemistry and Nanoscale Materials. Her aim is to translate findings from cutting-edge research into industrial applications as quickly as possible. "Socially, this step is timely! With the new course, we want for the first time to give students from the natural sciences the opportunity to deal with entrepreneurial aspects, to awaken a spirit of entrepreneurship and to show them a third profession - that of self-employment", says Tschulik.

    Editor: Jens Wylkop

  • Material Impales Bacteria

    29th October 2019, Medicine/Material Research


    © Jenny Thynne

    Like on a nail board, bacteria are damaged on a newly developed surface with nano columns. The aim is to prevent the colonisation of implants. The model for this is nature.

    Around 350,000 people in Germany are fitted with a new joint every year. Knees and hip joints are the classics. In most cases, everything goes well, but in two to five percent of all cases, an infection occurs after the operation. Often the new joint has to be removed again and intensive antibiotic therapy follows before a new implant is inserted in another operation.

    Hidden behind a biofilm

    Many thousands of patients have to undergo another complex operation because bacteria have been able to settle on the implant. "The germs are mainly introduced during the first operation," says Prof. Dr. Manfred Köller, head of the Department of Surgical Research at the RUB Clinic Bergmannsheil. They particularly love foreign surfaces because the body's own immune system works less well here than elsewhere. Once the germs have attached themselves, they multiply and hide behind a biofilm that neither immune cells nor antibiotics can damage so easily.

    "We therefore have to prevent the germs from attaching to the implant and wanted to achieve this only by modifying the surface without using antibiotics," says Manfred Köller. In their search for strategies, the RUB researchers became aware of the results of an Australian research group that discovered in 2012 that a structure found on the wings of certain cicadas, for example Psaltoda claripennis, had antibacterial properties.

    Metal imitates insect wings

    The wings are covered over and over with tiny columns of wax-like material, which are only about 200 nanometres in size and cause damage to the bacterial cell wall. "Until then, it was thought that bacteria could be eliminated in nature mainly by chemical processes," explains Manfred Köller. "It has now become clear that they can also be destroyed mechanically. Of course, we were very interested in this, which is why we sought cooperation with the materials researchers at the RUB.

    The coating of surfaces with nanostructures is a specialty of the Chair of Materials Discovery and Interfaces of Prof. Dr. Alfred Ludwig. Here is a so-called sputtering system with which it was possible to generate the nanocolumn structure of the cicadas almost identically from metal.

    Nadine Ziegler is working here on her doctoral thesis. She uses a special sputtering process called Glancing Angle Deposition, or GLAD for short. "In this process, individual titanium atoms are released by a plasma from a disk of pure titanium and accelerated in the direction of the carrier material. They hit from the side at an angle," she explains. The atoms are deposited on the carrier; first a so-called germ is formed in some places. Fewer atoms are deposited in its slipstream. The greater the distance from the germ, the more atoms can deposit. This creates a landscape of characteristic nanocolumns of titanium atoms. "If you rotate the carrier during the coating process, you can influence the shape of these columns," says Nadine Ziegler.

    Plan B for round bacteria

    The researchers then colonised the surfaces coated with nanocolumns with Escherichia coli bacteria. In fact, they were able to identify many mechanically destroyed germs.

    "Of course, we were enthusiastic about this at first," says Manfred Köller. "In clinical practice, however, there are other bacteria that often cause problems, particularly with implant infections, in particular staphylococci. However, they proved to be completely unimpressed by the nanocolumns and were able to multiply on the surface without being slowed down. The researchers soon realised the reasons for this: staphylococci have a much thicker and therefore more stable cell wall and, as spherical bacteria, also less contact with the surface. Therefore, they had to develop an additional weapon against this germ. It was obvious to use silver, which has long been known for its antibacterial effect. Resistances such as to common antibiotics hardly develop against silver.

    The aim was to place as little silver as possible on the nanocolumns in order to preserve their structure and at the same time increase the release of the antibacterial silver ions. The researchers therefore had to make the silver corrode and release silver ions. In order to cause the desired corrosion process, the researchers had to reach into their bag of tricks. "We use the principle of a sacrificial anode," explains Manfred Köller. It is based on the fact that when two metals come into contact, the one with the lower electrochromic conductivity is used.


    How to apply a sacrificial anode system to nanocolumns

    The research team therefore experimented with various precious metals in combination with silver. It turned out that combinations of silver and the platinum group elements platinum, palladium and iridium were particularly suitable for killing germs and many times more successful than pure silver.

    "Now the question remained as to how such a sacrificial anode system could be applied to the nanocolumns," said Nadine Ziegler. Initially, she created a cap-like coating on the column surface. However, this led to the nano columns becoming dull and losing their mechanical antibacterial effect. "So we started sputtering on nanopatches that were a hundred times smaller," explains the researcher.

    While the sputtering process for the nanocolumns takes around four hours, the application of the nanopatches takes only 20 seconds. The researcher used it to produce surfaces on which silver and platinum spots only a few nanometres in diameter and height were applied. Such so-called decorations of nanocolumns are so small that they can only be seen in the transmission electron microscope.

    Tests with the finished surfaces showed that the material only develops a reliable effect against staphylococci when the platinum and silver stains are produced one after the other. "Why this is the case has not yet been clarified at the atomic level," says Manfred Köller. "We assume the formation of galvanic nanoelements."

    Silver consumes itself in three days

    "As the silver disappears within three days due to corrosion, we have a self-limiting system that is supposed to prevent infection in the first delicate phase after the operation," the researcher sums up. In this phase, a race for the surface takes place: Germs and the body's own cells compete for the surface of the implant. If it is covered by the body's own tissue, the risk of infection decreases even if the silver is used up.

    The nanocolumns do not damage the body's own cells. On the contrary, in initial experiments it looks as if the columns stimulate certain blood cells and thus further stimulate healing. "Further investigations now have to show whether the whole thing also works under the conditions of clinical use," said Köller.

    Editor: Meike Drießen 

  • Quantum-level Light-matter Interaction

    22nd October 2019, Physics



    Just as Schrödinger's cat is both dead and alive in a thought experiment, researchers created a superposition state that was both light and matter.
    © RUB, Kramer

    Researchers have succeeded in fusing light and matter at the quantum level. They have created a state similar to that of Schrödinger's cat in a thought experiment.

    In a quantum computer, information could be stored in certain matter structures, the so-called quantum dots. In order to be able to transport the information over certain distances, for example through fiber optic cables, it must be transferred from matter to light. In the journal "Nature", researchers describe such a light-matter interface. The results were published online on 21 October 2019. Teams from the University of Basel, RUB and the Université de Lyon worked together on the project.

    Quantum bits of light and matter

    Quantum dots can be realized in semiconductors by, for example, locking an electron in a very limited range. The team led by Dr. Arne Ludwig and Prof. Dr. Andreas Wieck from the Bochum Chair of Solid State Physics specializes in the production of these structures. The information units in such a system are called quantum bits or qubits for short. "In addition to matter qubits, we also generated flying qubits in the form of photons in our experiment," says Arne Ludwig. The scientists coupled light and matter in such a way that information can be transferred from matter to light and back to matter.

    The photon is there and not there at the same time.
    - Arne Ludwig

    "Put simply, the photon is repeatedly absorbed and emitted by matter," describes Arne Ludwig. "In more realistic terms, however, we must speak of a superposition of states: The photon is there and not there at the same time. So we see a fusion between the states light and matter."

    The states "photon there" and "photon gone" - or in other words the states light and matter - did not simply alternate in the system, but they continuously merged into each other. "It is not until we measure that we realize that the system has decided to be either light or matter," explains Arne Ludwig. "It's just like Schrödinger's cat from the somewhat abstruse thought experiment."

    Editor: Julia Weiler, Phone: +49 234 32 25228; E-mail: julia.weiler@uv.rub.de

     

  • New Project to Use CO2 as a Resource

    18th October 2019, Chemistry and Mechanical Engineering


    300 ml high-pressure reactor for electrochemical alcohol synthesis
    © Fraunhofer UMSICHT

    Alcohols are a common raw material for the chemical industry. Researchers want to produce them from the greenhouse gas carbon dioxide in the future. In a single process step, the greenhouse gas CO2 is to be transformed into valuable raw materials for the chemical industry. This is the goal of the "Elkasyn" project, which the Federal Ministry of Economics and Energy is funding with 2 million euros from 2019 to 2022.

    The RUB team includes Dr. Ulf-Peter Apfel from the Chair of Inorganic Chemistry I and Prof. Dr. Eckhard Weidner and Dr. Sabine Kareth from the Chair of Process Engineering Transport Processes. The Fraunhofer Institute Umsicht in Oberhausen coordinates the research network, which also includes Siemens AG, Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe and the Institute for Technical Chemistry at the University of Stuttgart.

     Two steps, several disadvantages

    Conventional concepts for the use of CO2 as a raw material often provide for a two-stage process. In the first step, hydrogen is produced using electricity from renewable sources. In the second step, hydrogen and carbon dioxide are converted into the final product. The two-stage process has several disadvantages: On the one hand the intermediate product hydrogen has to be stored, on the other hand energy losses occur during hydrogen production by electrolysis.

    Saving up to 20 percent energy

    The new synthesis process is intended to eliminate these disadvantages. The project team plans to produce alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol from carbon dioxide and water in a single process step - the energy for this will come from regenerative sources. The scientists expect to be able to save around 20 percent energy compared to the two-stage process.

    In the Elkasyn project - short for "Increasing the Energy Efficiency of Electrocatalytic Alcohol Synthesis (elektrokatalytischen Alkoholsynthese)" - researchers are developing and investigating components for two alternative systems, one operating at normal pressure and the other at high pressure. The Bochum groups are analyzing how carbon dioxide behaves in the respective system and developing new electrodes.

    Editor: Julia Weiler, +49 234 32 25228, julia.weiler@uv.rub.de

  • EU Twinning Project in Cancer Therapy

    14th October 2019, Magnetically Destroying the Tumor


    "MaNaCa" is about the targeted destruction of cancer cells with magnetic nanoparticles. But at the same time, it is a mentoring program for the Academy of Sciences in Armenia: The project on two levels, in which physicists from the Center for Nanointegration (CENIDE) of the University of Duisburg-Essen (UDE) are significantly involved, is funded by the European Union with 800,000 €.

    Twinning is the technical term for the EU's help in further developing technological and scientific expertise in non-European partner countries: A specific discipline or institution of the respective nation is supported by being led by at least two internationally leading European research institutions.

    The project "MaNaCa - Magnetic Nanohybrids for Cancer Therapy" aims to improve the scientific potential of the Institute for Physical Research of the National Academy of Sciences in Armenia. Experienced project partners are the UDE, the Aristotle University of Thessaloniki in Greece and a consulting company from Luxembourg.

    On the scientific side, for three years MaNaCa will concentrate on the application of magnetic particles in cancer therapy. Two therapeutic variants are in focus: In hyperthermia, the particles are specifically introduced into tumour tissue. Their internal magnetic field is then set into rapid oscillation by an external magnetic field. As a result, they overheat and kill the diseased cells in their environment; healthy tissue remains undamaged. An alternative is magnetic-mechanical cell death. The magnetic nanoparticles are located directly on the membrane of the tumor cell. Even tiny mechanical oscillations on an atomic scale are then sufficient to destroy the cancer cells affected. Both techniques work without surgery.

    "Magnetic-based treatments are already real alternatives to radiation and chemotherapy in the laboratory," explains physicist Prof. Michael Farle, one of the UDE scientists involved. "Nevertheless, we want to enable even more targeted therapy by limiting overheating to the individual tumour cell or even to a vulnerable point in its metabolism.

    The project has just started and will end in September 2022.

     

    Further information:
    Prof. Michael Farle, Experimental Physics, Tel. 0203/37 9-2075, michael.farle@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-2427,  birte.vierjahn@uni-due.de

  • Ending Tetris in logistics

    11th October 2019, Chipless Radio Labels for Imprinting


    The innovative radio tag developed by Materials Chain researchers. © UDE

    The wagon is packed, once again the courier points the reader at the loading area, checking: everything on board, nothing forgotten. Printed radio labels without chips should make this possible in the future. The DruIDe* project, in which four Materials Chain members from the University of Duisburg-Essen (UDE) are playing a leading role, will not only result in a new technology, but also in two start-ups that will take care of the market launch.

    Every year, billions of parcels are shipped worldwide - as individual shipments or deliveries for the retail trade. To date, each parcel has to be identified individually by its barcode: rotate it correctly, scan it, stack it sensibly in an offline version of the computer game classic Tetris.

    It is much faster with a chipless label made of nanosilicon: The silicon comes in the form of nanoparticles from the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) and the Institute for Energy and Environmental Technology (IUTA) at UDE. It is introduced into a special ink that can be printed directly onto the package using an inkjet printer and processed by laser into a functioning electronic circuit. "We are the first to print silicon nanoelectronics," explains Niels Benson, Professor of Printable Materials for Signal Processing Systems at UDE.

    He and his colleagues Thomas Kaiser, Daniel Erni and Roland Schmechel work with five other institutions, including the University of Twente (Netherlands).

    New technology saves material

    The new technology not only makes life easier for logisticians and parcel carriers, it also saves a lot of material: trees. In contrast to the barcode, the RFID label ("radio-frequency identification") is reusable, and so is the parcel. Since it does not require a chip, its price is around €0.01, which is around five times cheaper than its conventional counterpart.

    Prof. Thomas Kaiser knows the following about data protection: "A special reading device is required to read the label. It only works within a radius of about ten meters and only reveals that a certain ID is nearby."

    Start-up: airCode

    At the end of October, the six project partners from the Netherlands and Germany will present the innovation at the "RFID Tomorrow" trade fair in Darmstadt. The start-up 'airCode' has been officially working on the market launch of the technology since 8 October. "Our demonstration is still based on a few bits," says Kaiser. "We need 50 to 60 bits to differentiate between billions of objects. We are confident that we will have achieved this in five to ten years."

    A new company is also being set up on the Dutch side, which will market the nano-ink.

    *The DruIDe project is being implemented as part of the INTERREG programme Germany-Netherlands and is co-financed with over 3.1 million euros by the EU, the Dutch Ministry of Economic Affairs, the NRW Ministry of Economic Affairs and the State Chancellery of Lower Saxony.

     

    Further information:
    Faculty of Engineering Sciences:
    Prof. Niels Benson, Tel. 0203/37 9-1058, niels.benson@uni-due.de
    Prof. Thomas Kaiser, Tel. 0203/37 9-1873, thomas.kaiser@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de

  • "Technological Sovereignty in a Future Field"

    10th October 2019, 6th Ruhr Symposium on Functional Magnetic Materials


    Attentive listeners at the 6th Ruhr Symposium on Functional Magnetic Materials. © UDE

    Around 120 representatives from industry and science met on 9 October for the 6th RUHR Symposium at the Fraunhofer inHaus Centre on the UDE Duisburg campus. Functional magnetic materials were the focus of the event, at which State Secretary Oliver Wittke promoted the electric car completely "made in Germany".

    Germany's "technological sovereignty in a future field" was the demand of the Parliamentary State Secretary of the Federal Ministry of Economics and Energy in his keynote speech, which opened the event. He himself spoke of an "ambitious goal". "But", Wittke continued, "we do not shy away from competition".

    Germany has a lot of catching up to do when it comes to e-mobility, especially when it comes to China. Nevertheless, the participants agreed that future technologies should be sustainable - both in terms of materials and in terms of working conditions, logistics and disposal. Efficient cooling plays a decisive role here, as two of the 15 speakers, Prof. Karl Sandemann from the City University of New York and Dr. Lucas Griffith from the Department of Energy at Iowa State University (both USA), made clear in their presentations.

    'Magnetism' is a far-reaching field of research. It ranges from modern cooling techniques using magnetocaloric materials, whose temperature can be changed by applying a magnetic field, to efforts in materials science to replace rare earths with classical metal compounds.

    The Ruhr-Symposium is a joint event of the Center for Nanointegration (CENIDE) and the Center Automotive Research (CAR) of the University of Duisburg-Essen. At the 7th edition in autumn 2020 everything will revolve around 'catalysis'.

     

    Further information:
    Steffi Nickol, Tel. 0203 37 9-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Determining the Activity of Catalyst Particles Free of Precious Metals

    4th October 2019, Chemistry


    Corina Andronescu, Tsvetan Tarnev and Harshitha Barike Ayappa discuss an experiment with the electrochemical scanning cell microscope. © RUB, Kramer

    Precious metal-free nanoparticles could serve as catalysts for the production of hydrogen from water. Because they are so small, their properties are difficult to determine. Materials Chain chemists have now developed a new process with which they can characterize individual precious metal-free nanoparticle catalysts.

    The particles could be a cheap alternative to precious metal catalysts in order to obtain hydrogen from water by electrolysis. "In order to develop effective nanoparticles, we need to understand how the structure and activity of individual particles or small particle groups are related," says Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann from the Center for Electrochemistry at Ruhr-University Bochum (RUB). He describes a new measurement method for this purpose with the Bochum researchers Tsvetan Tarnev and Dr. Harshitha Barike Ayappa as well as Prof. Dr. Corina Andronescu from the University of Duisburg-Essen (UDE) and other colleagues in the journal "Angewandte Chemie", published online on 26 July 2019.

    So far, there are few techniques available to measure the catalytic activity of individual or fewer nanoparticles. "The currents that have to be measured are extremely small and it is necessary to find individual or a few nanoparticles and be able to measure them reproducibly," Schuhmann explains. The research team, which cooperates within the University Alliance Ruhr, showed that such analyses are also possible with high throughput - namely with electrochemical scanning cell microscopy.

    New reference system developed

    Until now, the method had not been used for this purpose because the nanoparticles had to be tested under demanding chemical conditions and thus large measurement inaccuracies occurred. This made a reliable interpretation of the results impossible. In their current work, the researchers developed a new reference system for electrochemical scanning cell microscopy. By cleverly using a stable internal standard, they eliminated the measurement inaccuracies and enabled long-lasting measurements under the given conditions with high throughput.

    Self-made nanoparticles analyzed

    The researchers produced carbon particles with nitrogen and cobalt inclusions on a plate of glassy carbon, the particles being present on the surface either individually or in groups of a few particles. In a single experiment, they were able to use scanning cell microscopy to determine the electrochemical activity of these particles or particle groups.

    The particles catalyzed the so-called oxygen development reaction. The electrolysis of water produces hydrogen and oxygen - the limiting step in this process is currently the partial reaction in which the oxygen is produced; more efficient catalysts for this partial reaction would simplify the production of hydrogen.

     

    Original publication:
    Tsvetan Tarnev, Harshitha Barike Aiyappa, Alexander Botz, Thomas Erichsen, Andrzej Ernst, Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann: Electrochemical Scanning Cell Microscopy Investigation of Individual ZIF-Based Nanocomposite Particles as Electrocatalysts for Oxygen Development in Alkaline Media, in: Angewandte Chemie, 2019
    DOI: 10.1002/ange.201908021

    Tsvetan Tarnev, Harshitha Barike Aiyappa, Alexander Botz, Thomas Erichsen, Andrzej Ernst, Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann: Scanning electrochemical cell microscopy investigation of single ZIF-derived nanocomposite particles as electrocatalysts for oxygen evolution in alkaline media, in: Angewandte Chemie International Edition, 2019
    DOI: 10.1002/anie.201908021

    Further information:
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Faculty of Chemistry and Biochemistry, Ruhr University Bochum, Tel. 0234 32 26200, wolfgang.schuhmann@rub.de

    Editor: Dr. Julia Weiler, RUB

  • Change in the Analysis Center

    1st October 2019, ICAN under New Management


    © F. J. Meyer zu Heringdorf

    Prof. Frank Meyer zu Heringdorf has been the new Scientific Director of the Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale - ICAN for short - since 1 October 2019.

    He replaces Prof. Axel Lorke, who has held this position for the past two years. Meyer zu Heringdorf is for many years the world's leading expert in microscopy with slow electrons (LEEM & PEEM) - the best scientific prerequisites for leading ICAN.

    The Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale enables researchers from different disciplines to use equipment and methods that are too costly and time-consuming for individual research groups. This also applies to scientists from other research institutions and industry who cooperate with ICAN and can commission analyses.

    We would like to thank Professor Lorke very much for his commitment in the past years and wish the new ICAN Director Professor Meyer zu Heringdorf much success and joy in his new position!

  • As in Nature

    27th September 2019, Converting CO2 into Raw Materials Using Nanoparticles


    The research team: Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann, Patrick Wilde, J. Justin Gooding and Peter O'Mara (from left). © RUB, Kramer

    Enzymes use cascade reactions to produce complex molecules from comparatively simple raw materials. Materials Chain researchers have copied this principle.

    An international research team has used nanoparticles to convert carbon dioxide into raw materials. Scientists at Ruhr-University Bochum and the University of New South Wales in Australia have copied the principle from enzymes that produce complex molecules in multi-step reactions. The team transferred this mechanism to metallic nanoparticles, also known as nanozymes. The chemists used carbon dioxide to produce ethanol and propanol, which are common raw materials for the chemical industry.

    The team led by Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann from the Bochum Center for Electrochemistry and Prof. Dr. Corina Andronescu from the University of Duisburg-Essen, together with the Australian team led by Prof. Dr. Justin Gooding and Prof. Dr. Richard Tilley, reported in the Journal of the American Chemical Society on August 25, 2019.

    "Transferring the cascade reactions of the enzymes to catalytically active nanoparticles could be a decisive step in the design of catalysts," Wolfgang Schuhmann sums up.

    Particles with two active centers

    Enzymes have different active centres for cascade reactions, which are specialised in certain reaction steps. For example, a single enzyme can produce a complex product from a relatively simple starting material. In order to imitate this concept, the researchers synthesised a particle with a silver core surrounded by a porous layer of copper. The silver core serves as the first active centre, the copper layer as the second. Intermediate products formed in the silver core then react in the copper layer to form more complex molecules that ultimately leave the particle.

    In the present work, the German-Australian team showed that the electrochemical reduction of carbon dioxide can take place in the nanozymes. Several reaction steps on the silver core and copper sheath transform the starting material into ethanol or propanol.

    "There are also other nanoparticles that can produce these products from CO2 without the cascade principle," says Wolfgang Schuhmann. "However, they require considerably more energy."

    The researchers now want to further develop the concept of the cascade reaction in nanoparticles in order to be able to selectively produce even more valuable products such as ethylene or butanol.

     

    Original publication:
    Peter B. O'Mara, Patrick Wilde, Tania M. Benedetti, Corina Andronescu, Soshan Cheong, J. Justin Gooding, Richard D. Tilley, Wolfgang Schuhmann: Cascade reactions in nanozymes: spatially separated active sites inside Ag-core-porous-Cu-shell nanoparticles for multistep carbon dioxide reduction to higher organic molecules, in: Journal of the American Chemical Society, 2019
    DOI: 10.1021/jacs.9b07310

    Further information:
    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Faculty of Chemistry and Biochemistry, Ruhr University Bochum, Tel. 0234 32 26200, wolfgang.schuhmann@rub.de

    Editor: Dr. Julia Weiler, RUB

  • Thomas Hammerschmidt appointed as editor of 'Machine Learning: Science and Technology' (MLST)

    25th September 2019, New IOP journal launched in 2019


    Thomas Hammerschmidt is a group leader at ICAMS, RUB (c) ICAMS
    ICAMS group leader Thomas Hammerschmidt is appointed as founding member of the Editorial Board of the new IOP journal 'Machine Learning: Science and Technology' (MLST). The mission for MLST is to uniquely bridge the application of machine learning techniques across a broad range of subject disciplines (including physics, materials science, chemistry, biology, medicine, earth science and space science) with new conceptual advances in machine learning methods motivated by physical insights, through a single, high impact open access journal.

    https://iopscience.iop.org/journal/2632-2153

  • Highly Efficient Magnetic Computers

    25th September 2019, Processor from the Petri Dish


    Electron microscope image of Magnetospirillum gryphiswaldense. Inside, the beads are only a few nanometers in diameter. © UDE

    A suitable culture medium, some heat and the computer grows all by itself: a processor made of special bacteria could process considerably more data for the same size than its silicon counterpart. Scientists from the Materials Chain at the University of Duisburg-Essen (UDE) report in the journal Nature Communications about their discovery of magnetic oscillations inside bacteria.

    The unicellular organism has special innards: small magnetic spheres with a diameter of only 30 nanometers, lined up like a string of pearls. In nature, they are used for orientation along the earth's magnetic field.

    Scientists led by Benjamin Zingsem from the UDE working group "Structure and Magnetism of Nanoscale Systems" and colleagues from the University of Oldenburg have now exposed these bacteria to magnetic fields of different strengths from different directions and generated magnetic oscillations ("magnons") in the particles. They noticed that bacteria lacking a certain protein form curved and branched chains that act like logical circuits: "If one excites several magnetic oscillations that carry different information, a new oscillation results in the magnons, the information of which is a logical linkage of the original oscillations," explains Zingsem. The Materials Chain researchers have now observed this magnonics for the first time in a biological system and on a nano-level. Previously, it had only been researched in larger microsystems.

    As powerful as a human brain

    The bacteria-based processor has several advantages: Since it does not work with electric current, it does not need to be cooled. This saves a lot of energy and enables much more complex processors. "This would make it possible to accommodate about a million times more circuits in one processor than before," says the physicist. A single computer could thus become as powerful as a human brain. In addition, the bacteria grow independently and without the use of environmentally harmful compounds, as in semiconductor production. Their exponential growth would also make it possible to react quickly to increased market demand. Production would therefore be much cheaper and more sustainable than with traditional semiconductor technology.

    According to Zingsem, the next step is to control such systems using conventional methods: "We are working on feeding such systems with data and reliably reading out the results. Integration into conventional electronics is therefore only a matter of time."

     

    Original publication:
    Zingsem, B. et al. Biologically encoded magnonics. Nat. commun. 10, 4345 (2019).
    DOI: 10.1038/s41467-019-12219-0

    Further information:
    Benjamin Zingsem, Faculty of Physics and Research Centre Jülich, Tel. 0203 37-9 4411, benjamin.zingsem@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203 37-9 8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Materials Chain Early Career Researchers' Forum

    10th September 2019, New Materials Chain Event Series



    Expert advice? Priceless for a career. Many of them will be given to young scientists from the materials sciences on September 16 at the 1st Materials Chain Early Career Researchers' Forum of the UA Ruhr in Dortmund. Registration is possible online.

    What should materials scientists consider when planning their careers? What about scholarships? What funding is available in the EU and how do I apply? Especially at the beginning of a career, young researchers need support. In this case, they are supported by the Materials Chain members Prof. André Gröschel (UDE), Prof. Corina Andronescu (UDE) and Prof. Anna Grünebohm (RUB).

    The materials researchers answer questions on projects of the Federal Research Ministry, funding programmes such as the Emmy Noether Young Researchers Group or grants from the European Research Council. In addition, experts provide information on further funding opportunities through the DFG and the Marie-Sklodowska Curie Programme.

    The event at the International Meeting Centre at TU Dortmund University is aimed at the approximately 1,000 doctoral students, postdocs, scientific group leaders and junior professors of the material science faculties in the UA Ruhr.

    Further information and registration:
    https://materials-chain.com/news-events/conferences/early-career-forum/


    Alexander Heinemann, CENIDE - Center for Nanointegration Duisburg-Essen Tel. 0203/37 98175, alexander.heinemann@uni-due.de


    Editor: Alexandra Nießen, 0203/37 91487, alexandra.niessen@uni-due.de

     

  • Proper Cooling for the Climate

    6th September 2019, Winner of Humboldt-Research-Award at Institute of Materials Science


    © Qiming Zhang

    Cooled food and drugs are very important for many humans. Simultaneously, keeping them cold harms the environment. Prof. Qiming Zhang explores how optimal chilling reduces the climate change. The winner of the Humboldt-Research-Award is guest of Prof. Dr. Doru C. Lupascu at the UDE-Institute of Materials Science.

    “The refrigerants in the compression-based cooling systems that are currently used in refrigerators or air conditioners are one of the leading causes of climate change”, Zhang says. That’s why he likes to develop a cooling at the UDE that has zero greenhouse gas emission and works without steam circuit. Basis for that are electrocaloric materials. This material class can also be used for saving energy or as an ultrasound source and is investigated by the professor of electrical engineering at his home university, the Pennsylvania State University (USA).

    The electrocaloric effect is one property of certain materials that change its molecular structure when the electric field strength is changing and heat or cool off by this. Therefore cooling is possible without gaseous coolants. Nowadays, almost all devices are based on a (more or less climate-damaging) gas circulation. The gas is pushed in the circuit, expands, vaporizes, incorporates the heat from the fridge in its pipes and submits it outwards.

    The cooling medium of electrocaloric materials is a solid body that absorbs the thermal energy in order to change its inner structure – quasi an ‘inner’ vaporization. For the removal a coolant (e.g. water) is still necessary, but the heat machine itself is the solid object that gets along without greenhouse gas.

     

    Further information:
    https://www.eecs.psu.edu/departments/directory-detail-g.aspx?q=QXZ1
    https://www.uni-due.de/materials/
    Prof. Dr. Qiming Zhang, PhD, qxz1@psu.edu
    Prof. Dr. Doru C. Lupascu, Tel. 0201/18 3-2737, doru.lupascu@uni-due.de

    Editorship: Alexandra Niessen, Tel. 0203/37 9-1487, alexandra.niessen@uni-due.de

  • Laboratory on the Icebreaker

    28th August 2019, Research in the Southern Ocean


    © Sea Ice Team, SCALE Antarctica Winter Cruise 2019

     

    Minus 19° Celsius and Arctic Ocean instead of 40° and Pool: Four UDE scientists have just spent three weeks on a research vessel in Antarctica. As part of an international team, they studied the ice in the Antarctic during the winter, which is crucial for the pole but also for the global climate.

    100 scientists from 13 nations were on board the South African research vessel SA Agulhas II. For 21 days and 6,600 kilometres they took part in the major international climate protection research project SCALE (Southern Ocean Seasonal Experiment) to study the winter conditions in the Antarctic.

    So it was not exactly the usual laboratory conditions under which the UDE engineers worked: "The cold was extreme," reports Dr. Carina Nisters. "We wore three layers of clothing all the time." And Prof. Jörg Schröder, head of the Institute of Mechanics, adds: "The temperature in the polar laboratory was constantly minus 10 degrees, which felt really warm compared to outside. But you couldn't stand it for more than an hour here either."

    Earth's climate flywheel

    The Southern Ocean is called the Earth's climate flywheel because it can absorb significant amounts of solar energy and increasing carbon dioxide emissions. But still too little is known about this gigantic system because of the adverse weather conditions and the remote location.

    In a laboratory container on board the icebreaker, the scientists therefore took a close look at the physical, chemical, biological and mechanical properties of the ice. The "Sea Ice" team, which also included UDE researchers, took drill cores from large areas and from "pancake ice" - smaller floes with a bulging edge.

    The waves that rolled under and alongside the 130-metre-long ship were up to 18 metres high. But even when the sea was calm, a sailor's walk was part of everyday life on board - tablets helped to prevent travel sickness.

    Frazil ice

    Using an apparatus specially designed for this expedition, the researchers also took and analysed samples of "Frazil ice". This consists of liquid water with the first frozen particles in it and only later becomes solid sea ice. Since the conditions in the Antarctic winter are particularly extreme, there are only a few data available so far. "Our results are now the basis for models that can analyse and predict the behaviour of clods under different conditions," explains Prof. Doru C. Lupascu, head of the Institute of Materials Science.

    The expedition was led by the University of Cape Town (South Africa) and included 17 different research groups from the fields of biology, chemistry and engineering. It was funded by the South African National Research Foundation (NRF) through the South African National Antarctic Programme (SANAP), with contributions from the Department of Science and Innovation and the Department of Environmental Affairs.

    in the picture:
    SA Agulhas II paves its way through typical pancake ice

    Further information:
    Carina Nisters, Institute of Mechanics, Tel. 0201/18 3-3142, carina.nisters@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Award for Sebastian Schlücker

    19th August 2019, Founder Competition of the sbm


    © smb

    Prof. Sebastian Schlücker from the Faculty of Chemistry is keen to promote MINT subjects as early as primary school. Together with colleagues, he therefore distributes specially developed experiments with appropriate teaching/learning material. His idea won him 3rd place in the UDE's small business management (sbm) start-up competition. The 2nd place went to doctoral students of Prof. Angelika Heinzel.

    28 business plans were submitted to the 20th round of the orientation course entrepreneurship from the small business management offer at the UDE. Chemistry professor Sebastian Schlücker together with Roland Grzeschick and Vi Tran were able to convince with the nano workshops for primary schools. For its excellent placement, the team now receives a virtual membership in sbm and six months of free office space in Tectrum.

    Second place went to Nicolas Witte-Humperdinck, PhD student in the working group of Prof. Angelika Heinzel. Together with his colleagues Florian Nigbur and Christian Thommessen, he plans to found a consulting company in the energy sector. They want to make an active contribution to energy system transformation through a coordinated interplay of possible generation technologies and strategy development.

    First place went to the two students Christopher Kremzow-Tennie and Dennis Pohl: They are planning to develop their own VR-based game that will ensure the survival of the village population in a post-apocalyptic Middle Ages.

    In May 1999, the small business management (sbm) project was launched at the University of Duisburg-Essen on the Duisburg campus. Since then, it has coordinated and organized all activities aimed at promoting entrepreneurship and self-employment. The focus of the support measures is on training and support for people of all ages and professions interested in starting a business.

     Editor: Birte Vierjahn, 0203 37-9 8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Junior Professor Sebastian Henke Researches Porous Glasses

    12th August 2019, Publication in Chemistry Journal


    © Nikolas Golsch/TU Dortmund

    Junior Prof. Sebastian Henke and his team from the Faculty of Chemistry and Chemical Biology at TU Dortmund University have developed novel porous glasses that are thermally stable and can separate gas molecules due to different diffusion rates. The glasses will now contribute to the development of new membrane technologies for the energy-efficient separation of technologically important gases. The results of Henke and his team were recently published in the renowned journal "Journal of the American Chemical Society".

    In order to produce one of the most important plastics, polypropylene, the industry needs very pure propene. However, this valuable gas occurs in conjunction with propane, which inhibits the production of plastics. In order to separate the two gases, which have very similar physical properties, complex and energy-intensive distillation processes are necessary. Junior Prof. Henke and his team have now been able to show that novel porous glasses made from so-called MOFs have great potential for energy-efficient separation of propene and propane. MOF stands for Metal-Organic-Framework, i.e. framework compounds of organic and inorganic molecules that can store and separate gases due to their porous, open structure.

    MOFs are usually crystalline and therefore have a highly ordered network structure. The MOF glasses synthesised by Henke and his team, on the other hand, have a disordered, but nevertheless porous structure that is also significantly more thermally stable than its crystalline relatives. "From a physical point of view, the glasses are supercooled liquids. By heating, the glasses can be melted and then cast into moulds similar to liquid metal. The structure and porosity of the glass is retained. In principle, thin glass sheets can be formed in this way, which could then be used as gas-permeable membranes," explains Henke. In several tests, the researchers varied the composition of the MOF glasses: they combined different molecular building blocks of different sizes in order to influence the speed at which the gases diffuse through the pore network of the glasses. This enabled propene to diffuse through the glasses much faster - up to six times - than propane. This speed difference allows the gases to be separated.

    Versatile application possibilities

    In contrast to the time and energy consuming separation by distillation, membrane technology offers great economic and ecological advantages. In their publication, the chemists demonstrated the potential of the novel MOF glasses for the further development of this technology and designed a concept for such a MOF glass membrane. The next step is to "build" the membrane. In the long term, numerous applications will open up, ranging from batteries to fiber optic cables. Many other areas of application are conceivable, as glass has become indispensable for modern technologies. 

    https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05558

  • Moving Standing Wave Generated

    12th August 2019, Phenomenon in Video


    © UDE

    An international team of scientists led by physicists from the Materials Chain has observed a new phenomenon: They have generated standing waves - which nevertheless run. The researchers have also published their discovery as a video in the scientific journal Physical Review B. The researchers have also published their findings in the form of a video.

    A wave consists of nodes and anti-nodes. If you imagine this on a rope, the anti-nodes are the bulges that go down or up (mountains and valleys). Nodes are the points of the rope that lie exactly between mountain and valley. With a standing wave, nodes always remain in the same place, a anti-node only swings from bottom to top. There is no movement to the left or to the right. In contrast, there are running waves: If you make a rope vibrate strongly at one end, you create a wave that runs through it to the end.

    Benjamin Zingsem from the research group of UDE Professor Michael Farle has now observed the apparent paradox for the first time: He worked with a magnetic material in which Dzyaloshinskii-Moriya interaction occurs: All dipoles - the tiny magnets that make up the material - are slightly twisted in a certain direction like screw windings. Physics calls this a chiral magnet.

    If the system is now resonantly excited to vibrate, a standing wave with running properties is formed. This also has stationary nodes and anti-nodes "I had to look at it for a long time before I could put into words what it is. I only really understood it after watching a video of it," says Zingsem. Because standing waves are a fundamental phenomenon of physics, which one thought understood so far.

    In such systems, the effect reveals previously unknown transport properties. For example, information can be stored, transmitted and processed via their magnetic oscillations without generating heat, as in conventional systems.

    For the project, Zingsem worked with colleagues from the University of Colorado (USA) and the University of Glasgow (UK), among others.

     

    Picture: Excerpt from a video showing the standing wave with running properties. White: nodes and anti-nodes of the standing wave that are traversed again and again. Green: Snapshot of the wave.

    The phenomenon in the video: http://udue.de/standingWaveComparison

    Original publication:
    B.W. Zingsem, M. Farle, R.L. Stamps, and R.E. Camley, Unusual nature of confined modes in a chiral system: Directional transport in standing waves. Phys. Rev. B,99:214429, Jun 2019.
    https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.214429

    Further information:
    Benjamin Zingsem, Faculty of Physics and Research Centre Jülich, 0203 37-9 4411, benjamin.zingsem@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, 0203 37-9 8176, birte.vierjahn@uni-due.de

     

  • Twisted Graphene

    8th August 2019, Publication in ACS NanoLetters


    © Horn-von Hoegen

    Graphene does not like to be compressed, but instead forms twisted domains during epitaxial growth on an iridium substrate. Michael Horn-von Hoegen's team found this surprising occurrence of small angle rotations by a special Moiré pattern in high-resolution low-energy electron diffraction.

    The thermal expansion of the substrate acts like an effective biaxial pressure, which is much better compensated by small angle rotation of the entire graphene layer than by its compression. This effect is also known as "rotational epitaxy". The results have now been published in "ACS NanoLetters".

    Figure: Electron diffraction image of the Moiré pattern.

    Original publication:
    Temperature-Controlled Rotational Epitaxy of Graphene
    Nano Lat. 2019, 19, 7, 4594-4600.
    https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01565

     

    Further information and editorial office:
    Prof. Dr. Horn-von Hoegen, Experimental Physics, Tel. 0203 379-1438/1439, michael.horn-von-hoegen@uni-due.de

     

  • Excellent Researcher and Good Friend

    7th August 2019, Obituary to Prof. Dr. Carsten Schmuck


    © UDE

    He was appreciated as an expert as well as a textbook author, advisor and committed colleague: Prof. Dr. Carsten Schmuck passed away. The 51-year-old chemist has been teaching and researching at the University of Duisburg-Essen (UDE) since 2008. "In Carsten Schmuck we are losing not only an outstanding scientist, but also an esteemed advisor and friend. His death moves us all very much," said Prof. Dr. Maik Walpuski, Vice Dean of the Faculty of Chemistry.

    Carsten Schmuck has made a name for himself as an excellent scientist: he discovered new binding motifs and applied combinatorial methods. In doing so, he broke new ground in supramolecular chemistry. He also created highly efficient ligands for proteins and new self-assembled materials. Schmuck was Vice-Chairman of the DFG Collaborative Research Centre Supramolecular Chemistry on Proteins and also a DFG Review Board member.

    Carsten Schmuck was extremely popular and an important contact for young scientists. "With his pragmatic, but equally objective and prudent manner, he successfully worked as Dean for eight years to position the faculty as an interdisciplinary and research-oriented institution," said Walpuski. "He had clear goals in the further development of the faculty and the UDE. He always had an open ear for small and large problems".

    Born in Oberhausen, Schmuck remained loyal to the Ruhr Area. He completed his chemistry studies in 1992 at Ruhr-Universität Bochum, where he also received his doctorate two years later. From 1995 to 1997 he was a fellow of the Feodor Lynen Foundation at Columbia University in New York. In 2001 he habilitated in Supramolecular and Bioorganic Chemistry at the University of Cologne, one year later he took up a professorship at the University of Würzburg. In 2008, Schmuck moved to the UDE and became Dean of the Faculty of Chemistry in 2011.

     

    Editor: Cathrin Becker, Tel. 0203/379-1488, cathrin.becker@uni-due.de

     

  • New Promotion College for the UA Ruhr

    6th August 2019, Medicine and Physics


    © Jürgen Huhn/TU Dortmund

    From January 2020 on the Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) will fund a new doctoral college within the University Alliance Ruhr (UA Ruhr) with more than half a million euros. In medical physics, TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen (UDE) will create new opportunities for doctoral studies.

    "Precision particle therapy - practice-related physics and chemistry at the interface to medicine" is the name of the new doctoral college under the direction of Dortmund physics professor Kevin Kröninger. In the future, young scientists will be able to do their doctorate at the interface between physics, chemistry and medicine. The doctoral students will work on the promising topic of proton therapy, a special form of radiation therapy with protons. A beam of positively charged particles (protons) releases its radiation energy very focused in the tumor tissue and destroys it. Research at the doctoral college is intended to contribute to achieving even greater precision in irradiation. The college makes use of location advantages and synergies on site: The Faculty of Physics at TU Dortmund University offers the innovative medical physics course and the West German Proton Therapy Centre (WPE) at the University Hospital Essen gives doctoral students access to one of the few proton therapy centres in Germany. The third partner in the college is the Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) of the UDE with expertise in the field of nanoparticle preparation. Besides Prof. Kröninger from TU Dortmund University, Prof. Stephan Barcikowski (CENIDE and UDE), Prof. Bernhard Spaan (TU Dortmund University) and Prof. Beate Timmermann (WPE and UDE) are involved. The MERCUR grant amounts to around 590,000 euros over three years.

    About the UA Ruhr

    Since 2007, Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen have been working closely together strategically under the umbrella of the UA Ruhr. By joining forces, the services of the partner universities are systematically expanded. Under the motto "better together", there are now more than 100 cooperations in research, teaching and administration. With more than 120,000 students and almost 1,300 professors, the UA Ruhr is one of Germany's largest and most efficient science locations.

  • Machining Working Group Brings Together Scientists From All Over Germany

    5th August 2019, Three Questions for Prof. Dirk Biermann


    © Jürgen Huhn/TU Dortmund

    The "Arbeitsgemeinschaft Zerspanung" had been founded at the end of June 2019 at TU Dortmund University: Eleven leading scientists in the field of machining from all over Germany came to Dortmund to participate in the founding meeting. The aim of the new working group is to promote cooperation in research and teaching in the field of machining. Machining means all manufacturing processes that give workpieces a certain geometric shape by separating material - for example by turning, drilling or milling. Prof. Dirk Biermann has been researching at the Institute of Machining Technology (Institut für Spanende Fertigung, ISF) at the TU Dortmund since 2007. He is a founding member of the new working group.

    Professor Biermann, what are the advantages of cooperation between different universities?

    Dirk Biermann: The working group represents scientific machining technology and would like to offer a platform for exchange. It thus strengthens the scientific community. For example, we can jointly prepare larger research initiatives in the field of machining production. In addition, we want to further develop teaching and coordinate the content and schedule of meetings and conferences.

    What current challenges are you dealing with in machining?

    Dirk Biermann: We are currently working on the machining of high-performance materials and on the targeted and high-precision adjustment of surfaces and their properties. When we optimize machining processes, we use simulations and modelling. This in turn requires interdisciplinary cooperation, for example with materials science, mechanics and computer science. Only together can the still numerous problems and questions be solved. Current applications can be found in the automotive and aerospace industries as well as in medical and energy technology.


    What strengths is TU Dortmund University bringing to the new working group?

    Dirk Biermann: For more than four decades, the Institute of Machining Technology (Institut für Spanende Fertigung, ISF) has been involved in research and teaching on all relevant machining processes as well as on the IT environment of machining. The processes under consideration are turning, drilling, deep drilling, milling, grinding, honing and blasting. The implementation of virtual machining processes on the basis of various modeling concepts as well as the optimization in manufacturing technology are also the focus of the scientific work. Within TU Dortmund University, there are close relationships with the fields of materials technology and materials testing technology, the Institute for Forming Technology and Lightweight Construction, with all other facilities of the Faculty of Mechanical Engineering as well as with various professorships in computer science, statistics and mathematics. With regard to the intensive interdisciplinary cooperation with computer science, Dortmund is certainly a role model, as we have Prof. Petra Wiederkehr, a professor at the Faculty of Computer Science who focuses on the topic of "Virtual Machining". Prof. Wiederkehr is also a member of the new working group on machining.

     

  • One Professor for Three Universities

    30th July 2019, UA Ruhr Professorship for Manfred Bayer


    © Roland Baege/TU Dortmund

     

    Prof. Manfred Bayer from the TU Dortmund will receive a UA Ruhr professorship, i.e. a joint professorship of the University Alliance Ruhr: The physicist will work closely with scientists from the Ruhr University Bochum (RUB) and the University Duisburg-Essen (UDE).

    As a UA-Ruhr professor, Manfred Bayer will study novel materials using laser spectroscopy. In the UA Ruhr, the physicist forms an interface between physics, chemistry and materials science: The collaboration is intended to advance the understanding and further development of so-called 2D materials, which consist of only a single atomic layer. In particular, different 2D materials are to be combined with each other, such as semiconducting systems with superconducting or ferromagnetic systems, so that they influence each other. In this way, it will be possible in the future to produce low-cost components with low energy consumption and good environmental compatibility.

    The Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) is funding the new UA-Ruhr professorship with around one million euros, supporting the complementary strengths that the scientists at the three locations bring to the joint work: Duisburg-Essen, for example, will manufacture the materials and analyze them on the nanometer scale; a new manufacturing method for these systems is currently being established in Bochum. The two locations are also contributing to the theoretical description with different calculation methods, while the Dortmund physicists in Bayer's working group are mainly dedicated to optical investigation with advanced spectroscopy.

    About the person

    Prof. Manfred Bayer has been Professor of Experimental Physics with a focus on spectroscopy of condensed matter at the TU Dortmund since 2002. Since 2015 he is speaker of the German-Russian Collaborative Research Center/Transregios 160 "Coherent Manipulation of Interacting Spin Excitations in Customized Semiconductors" and since 2014 speaker of the SFB/TRR 142 "Customized Nonlinear Photonics". He brings with him an international network from which all participating institutions will benefit.

    The UA Ruhr Professorships

    The appointment of Manfred Bayer is the sixth joint Ruhr Area professorship. Physicist Prof. Claus M. Schneider from Duisburg-Essen was appointed to the first joint professorship in 2010. This was followed in 2013 by genome computer scientist Prof. Sven Rahmann from Duisburg-Essen and in 2017 by chemist Prof. Martina Havenith from Bochum and engineer computer scientist Prof. Petra Wiederkehr from Dortmund. In 2018 chemist Prof. Malte Behrens from Duisburg-Essen was appointed tUA Ruhr professor. The UA Ruhr professorship has been sponsored by MERCUR since 2013.

    About the UA Ruhr

    Since 2007, Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen have been working closely together strategically under the umbrella of the UA Ruhr. By joining forces, the services of the partner universities are systematically expanded. Under the motto "better together", there are now more than 100 cooperations in research, teaching and administration. With more than 120,000 students and almost 1,300 professors, the UA Ruhr is one of Germany's largest and most efficient science locations.

  • Smallest Measurable Processes Recorded Individually

    29th July 2019, Dynamics in Quantum Dots


    © UDE

    Colloquially, the term “quantum jump” is used to describe a tremendous development. In fact, it is the smallest change of state that can still be traced. Physicists from the Collaborative Research Center 1242 at the University of Duisburg-Essen (UDE) have now succeeded in measuring every single jump by optical means and drawing conclusions about the dynamics of the electrons inside a quantum dot. The journal Physical Review Letters reports on this in its 122nd issue.

    The experimental setup included a quantum dot – i.e. a solid structure of only about 10,000 atoms – next to a reservoir with electrons. About 100 times per second an electron jumps back and forth between this structure and the reservoir. It can jump into a high or low energy state into the quantum dot and change inside from top to bottom. For the first time, the researchers were able to observe this change through these tiny jumps.

    "This measurement of every single quantum jump is the maximum information that can be extracted from a quantum system, because there aren’t any other or faster processes that can be measured”, explains Dr. Martin Paul Geller from the Collaborative Research Center 1242 Non-Equilibrium Dynamics of Condensed Matter in the Time Domain. For the project, the team of experimental physicists collaborated with colleagues from theoretical physics in the working group of Professor Dr. Jürgen König (UDE). The theoretical physicists statistically analyzed the data and for the first time could made statements about the dynamics of the electrons in the quantum dot.

    "In principle, we worked with a highly-sensitive optical and fast microscope that has still much room for improvement”, says Geller describing the measurement technology that has been refined by the researchers. Further optimization could outperform any electrical measurement in speed and spatial resolution.

     

    Picture: Lower part: An electron (gray circle) can jump (gray and black arrow) between the quantum dot (ligh-blue hill) and the charge carrier reservoir (dark blue rectangle). The red arrows depicts light, which is used to observe these processes. Upper part: Every quantum jump (gray and black arrows) can be observed by the incident light.

    Original publication:
    Optical Detection of Single-Electron Tunneling into a Semiconductor Quantum Dot
    A. Kurzmann, P. Stegmann, J. Kerski, R. Schott, A. Ludwig, A. D. Wieck, J. König, A. Lorke, and M. Geller
    Phys. Rev. Lett. 122, 247403 (2019)
    https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.247403

    Further information: Dr. Martin Paul Geller, Faculty of Physics, +49 203 37 9-2237, martin.geller@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Optimization of BTA Deep Drilling Methods

    26th July 2019, DFG and Fraunhofer-Gesellschaft Support Transfer Project in Mechanical Engineering


    © Nikolas Golsch/TU Dortmund

    Prof. Dirk Biermann and Prof. Markus Stommel from the Faculty of Mechanical Engineering at TU Dortmund University, together with the Fraunhofer Institute for Non-Destructive Testing and practical partners, are researching the improvement of BTA deep drilling methods. The German Research Foundation (DFG) and the Fraunhofer-Gesellschaft are funding the project, which enables the transfer of scientific findings into applications, for three years.

    For the first time, the DFG and the Fraunhofer-Gesellschaft are jointly funding seven projects to transfer findings from DFG-funded projects to industry. The funding for the selected cooperation projects amounts to a total of six million euros. The new projects involve trilateral cooperation between universities, Fraunhofer Institutes and companies. For the project "Light and vibration-damping hybrid FRP metal tubes with structure-integrated sensor technology for BTA deep drilling processes", the Faculty of Mechanical Engineering of TU Dortmund University is cooperating with the Fraunhofer Institute for Non-Destructive Testing in Saarbrücken and the application partners BGTB GmbH from Dortmund, CarboFibretec GmbH from Friedrichshafen and Kaiser Maschinenbau und Zerspanungstechnik GmbH & Co. KG from Toppenstedt. Project managers from TU Dortmund University are Prof. Dirk Biermann, head of the Institute of Machining Technology (ISF), and Prof. Markus Stommel, professor of plastics technology.

    The aim of the project is to optimize BTA deep drilling. This is a process in which the drilling depths are many times greater than the diameters. Due to the required tool length, the tool vibrates more, resulting in greater wear on the cutting edges and guide pads and reduced drilling quality. The use of fibre-reinforced plastics (FRP), which have a heterogeneous structure, is intended to dampen the vibrations.

    Close cooperation with companies

    In the development of a hybrid FRP drill pipe, the project partners involved can draw on experience from basic research. Close cooperation with companies also ensures the expertise of industrial partners - from design to application validation. These in turn can benefit early on from innovations from research.

    The seven trilateral projects now funded were selected from 20 submitted project proposals from engineering, natural and life sciences.

  • International Symposium on Phase‑Field Modelling in Materials Science

    22nd July 2019, International Experts meet at Ruhr-Universität Bochum


    Participants of the Phase‑Field Symposium at Bochum in July 2019. (C) ICAMS, Ruhr-Universität Bochum.
    The conference covers a broad field of theoretical modelling, numerical methods and applications related to phase-transitions, moving boundary problems, pattern formation and microstructure evolution in general. Also model integration into a multi-scale, multi-physics framework are of high interest. The covered topics include:
    • Model development and analytics
    • Numerical implementation and benchmark tests
    • Microscopic / Mesoscopic phase-field models
    • Phase‑field crystal
    • Solidification and diffusion controlled transformation
    • Rapid solidification, mixed mode transformation and strong deviation from equilibrium
    • Solid state and structural transformation
    • Interaction of dislocations with precipitates and grain boundaries
    • Large deformation and fracture
    • Material architecture, topology design and microstructure optimization
    • High performance computing and aspects of hierarchical model integration
    The one-week meeting is jointly organized by Ingo Steinbach from ICAMS and Yunzhi Wang from the Materials Science and Engineering Department at Ohio State University.

    http://pf19.rub.de/

  • Nanorings with Two Sides

    22nd July 2019, Self-Organizing Molecules


    © UDE

    The tiny rings that chemists at the Center for Nanointegration (CENIDE) at the UDE create in the laboratory are as small as a bacterium. Self-organized, individual polymer chains form the flexible structures that can even squeeze themselves through cell membranes. This would enable them to deliver active substances in a very targeted manner. The renowned scientific journal ACS Nano reports on this in its current issue.

    Take some chloroform, a few milligrams of polymer and mingle this solution with a soap mixture. This results in an emulsion from which chloroform slowly evaporates for several days. What remains are small polymer nanoparticles that consist of small rings inside. The structure looks like a striped Easter egg: many rings lie on top of each other, the largest in the middle, the smallest at the top and bottom. To stabilize them, they are chemically cross-linked in the core and then separated from each other.

    "It is in general difficult to make rings from such soft matter as polymers," explains Andrea Steinhaus, PhD student in the research group of junior professor André Gröschel. "But we have found a good possibility that can be easily scaled up. This is immensely important with regard to industrial production".

    The team of scientists also succeeded in producing rings with two different sides for the first time. They are called Janus nanorings after the Roman god with two faces: If you look at them like a bagel cut open to smear, the upper half is made of a different polymer than the lower half. This allows different properties to be set that are suitable for the respective application.

    In the next step, the chemists want to manufacture discs and examine various filling patterns. The fundamental question here is the same: Which method can be used to build which structure? Because after all, it is essential for many applications to be able to specifically form complex nanostructures.

    Original publication:
    Confinement Assembly of ABC Triblock Terpolymers for the High-Yield Synthesis of Janus Nanorings, A. Steinhaus, R. Chakroun, M. Müllner, T. Nghiem, M. Hildebrandt, and A. H. Gröschel, ACS Nano 2019 13 (6), 6269-6278, DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.8b09546

    Photo: Microscopic image of individual rings. The largest has a diameter of about 500 nanometers.

     

    Further information:
    Andrea Steinhaus, +49 203 37 9-8219, andrea.steinhaus@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • 2.8 Million Euros for Physicists

    15th July 2019, Let's get to the particle accelerators!


    © ESRF/P.Jayet

     

    It is about the properties of magnetic materials and tailor-made changes in novel materials: Two teams led by female physicists from the University of Duisburg-Essen (UDE) are being funded with a total of 2.8 million euros over three years. They are developing new instruments for experiments on particle accelerators.

    The project, led by Dr. Katharina Ollefs, deals with novel, energy-efficient cooling using magnetic materials. The existing systems damage the environment or consume a lot of electricity. Magnetocaloric materials offer alternatives: their temperature can be changed by applying a magnetic field.

    In the ULMAG (ULtimate MAGnetic Characterization) project, which is now being funded, Ollefs' team, together with colleagues from Technical University of Darmstadt, wants to investigate the elementary and magnetic properties of materials under exactly the same conditions. The experiments will take place at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, France. The ESRF generates X-rays that are 100 billion times more intense than the radiation used in hospitals.

    "With the new device at the synchrotron radiation source, the smallest changes in magnetism and structure can be observed with high precision from the direct angle of the decisive atoms simultaneously during the phase transition. We hope that this will lead to groundbreaking new developments in magnetocaloric materials," explains Ollefs.

    At CRYRING, an ion storage ring at the Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt, the research team led by UDE Professor Marika Schleberger is using ion beams to investigate solid bodies. For this purpose, a measuring station at the 17-meter-wide ring, in which the ions fly at velocities of up to a quarter of the speed of light, will be equipped with novel instruments. They will be specially developed by the project partners of the UDE and the University of Giessen.

    The researchers want to use these instruments to analyse the particles that are released when bombarded with ions in order to answer key questions: How can tailor-made changes in new materials be achieved by targeted removal of individual atoms? Into which subunits do biomolecules break under particle bombardment, and can this process be controlled? How can the detection sensitivity be further increased?

    The Federal Ministry of Education and Research is funding both joint projects with 1.4 million euros over three years.

    Further information:
    Prof. Dr. Marika Schleberger, Experimental Physics, Tel. 0203/37 9-1600, marika.schleberger@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Production of Catalyst in One Single Step

    15th July 2019, Patent Pending for Process


    Scanning electron microscope picture showing carbon nanowalls with a thickness of only a few nanometers. © UDE

    Not much is possible without catalysts: More than 80% of all chemically manufactured products undergo a catalytic step during their production. The active material is usually platinum or another precious metal, so production is correspondingly expensive and requires several steps. Physicists at the University of Duisburg-Essen (UDE) have now filed a patent application for a process that produces highly active and long-term stable catalyst material in a single step.

    The catalyst material produced by physicists Dr. Nicolas Wöhrl and Sebastian Tigges consists almost entirely of surface – and is therefore perfect for the purpose: the more surface available, the more reactions can take place simultaneously.

    The promising material was formed in a plasma coating plant. The scientists let a carbon-containing powder with platinum atoms evaporate and introduced it into the plasma system through a carrier gas. At around 350°C, carbon walls, only a few nanometers thin, form along electrical field lines. They already comprise the platinum nanoparticles.

    "As a scientist, you sometimes need to be lucky", says Wöhrl. "It worked quickly and it worked well. With a diameter of around 1.8 nanometers, the particles had the right size, are free of contaminations and have settled directly in the walls." The scientists are currently investigating how far the particles must be anchored in the walls in order to remain there permanently, but at the same time protrude far enough to serve as catalytic centers. The distribution and chemical structure of walls and nanoparticles can be controlled independently by the process.

    In the "MoRE InnoMat" project, the physicists are already working with chemists from UDE and industrial partners who are scaling the process to their standards. In collaboration with the Hydrogen and Fuel Cell Center (ZBT), a demonstrator with a surface area of just a few cm2 is currently being built for the development of a micro fuel cell.

    "We are generally open to cooperation with various fields”, explains Wöhrl. "This is the only way we can sound out the limits of our process." Tigges adds: "How awesome would it be if we ever held a smartphone in our hands that is based on our material?"

    The project was funded by the European Regional Development Fund (ERDF).

    Further information: Dr. Nicolas Wöhrl, Faculty of Physics, +49 203 37 9-3131, nicolas.woehrl@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Discoveries are the Main Task

    10th July 2019, Interview


    © RUB Marquard

    Professor Alfred Ludwig, Ruhr-Universität Bochum (RUB), has renamed his chair. In an interview he reveals why.

    A lot will depend on materials in the future, for example whether the energy revolution will succeed. Materials researchers in Bochum have made a lot of headlines with their methods in recent months. Professor Alfred Ludwig, Managing Director of the Center for Interfacial-Dominated High-Performance Materials at RUB, dares to take a look ahead.

    Professor Ludwig, your chair is now called "Materials Discovery and Interfaces". So you are expecting discoveries at your chair - what makes you so confident?

    We have already made some discoveries in recent years, but also a lot of work on improving already known materials. With the new name we are expressing that we now want to perceive the discovery of new materials as our main task.

    We have developed the tools for this in the last 16 years. Now we want to use them, but at the same time accelerate the process with the methods of material informatics.

    Which properties of materials are particularly popular at the moment?

    I think that new materials are urgently needed for the energy systems of the future, for example new catalysts for fuel cells and new permanent magnets. But we also need new multifunctional materials, such as shape memory alloys, for the continuing megatrend of miniaturization and functional integration.

    What will be the greatest challenges for materials research in the coming years?

    To master the application of materials informatics up to autonomous experiments.

    If we look ten years into the future of materials research: How will we then develop a tailor-made material?

    Inverse design will then be possible, i.e. the desired materials properties will be defined and it will then be possible to produce the desired material directly. To do this, we must now create the database with automated experiments and intensify cooperation between experimental and computer-based materials researchers.

    I think we have optimal conditions for this in Bochum.

    Editor: Meike Drießen, meike.driessen@uv.rub.de

  • How to Get New Materials Faster

    10th July 2019, Materials Research


    © RUB, Drießen

    Materials libraries, high-throughput experiments, big data and artificial intelligence will help to ensure that new discoveries are no longer left to chance.

    A lot depends on new materials, for example efficient energy conversion for the environmentally friendly drives of the future. The discovery of such materials still depends far too much on chance, says Prof. Dr. Alfred Ludwig, holder of the chair "Materials Discovery and Interfaces" at Ruhr-Universität Bochum (RUB). In the journal NPJ Computational Materials of July 10, 2019, he describes how digitization and artificial intelligence could make this possible more purposefully and quickly in the future.

    An unexplored cosmos of possible materials

    The amount of potential new materials that can be composed of the elements of the periodic table is unmanageable - even if one limits oneself to the 40 to 50 elements that are non-toxic, environmentally friendly and present in sufficient quantity on earth. Most of these possibilities are still unexplored. In the past, discoveries were often made by chance.

    New methods of producing such materials open up the possibility of proceeding more efficiently. "By coating a carrier material from three or more different directions with atoms of different elements in our laboratory, which are mixed in different amounts depending on the location on the carrier, we produce so-called thin-film materials libraries," explains Alfred Ludwig.

    Analysis using high-throughput methods

    In order to make these libraries usable, however, they must not only be produced in a high-throughput process, but the properties of the materials recorded in them must also be analyzed just as efficiently. This is the only way to find out whether at any point there is a material composition in the library that has interesting properties for an application. "In order to accelerate the entire process of discovering new materials, it would be desirable for not only the measurements but also the analyses to be automated," says Alfred Ludwig.

    At least partially automated, he would also like to use a database to cope with the enormous amount of materials data to be expected. "It is also important that these data are compatible for research groups from different disciplines," he points out. Not only the data of promising element compositions, but also that of all others should be documented. "This serves to enable machine learning and artificial intelligence to support science in the search for new materials," says Ludwig.


    Original publication

    Alfred Ludwig: Discovery of new materials using combinatorial synthesis and high-throughput characterization of thin-film materials libraries combined with computational methods, in: NPJ Computational Materials 2019, DOI: 10.1038/s41524-019-0205-0

     

    Editor: Meike Drießen, meike.driessen@uv.rub.de

  • With Diamonds to Quantum Computers and Mini-sensors

    8th July 2019, Researchers of the UA Ruhr Deliberately Place Flaws in the Gemstones.


    © TU Dortmund, Nikolas Golsch

    Scientists from TU Dortmund University, Ruhr-Universität Bochum and the University of Duisburg-Essen deliberately place flaws in high-purity diamonds and investigate them. They are thus laying the foundation for quantum computer technology and tiny sensors. The results have now been published in the renowned journal "Physical Review Materials".

    "Diamonds are a girl's best friend": The valuable gemstones are extremely popular in rings or ear studs. But the crystals are also of interest for science, even though these diamonds resemble the cut gemstones very little. A team of physicists from the three UA Ruhr universities places small impurities in the crystal structures and investigates how these can be used in quantum computers or as microscopically small sensors. Their results have now been presented in Physical Review Materials, one of the most respected physics journals.

    The atomic lattice a diamond is made of is not as perfect as one would expect. Often there are impurities and defects in the structure. It is precisely these defects that are interesting for a UA Ruhr research group, namely a certain type, the so-called NV centers. The N stands for nitrogen and the V for vacancy. NV centres also exist in nature. However, they can also be produced artificially by shooting a nitrogen atom into a diamond crystal lattice, which usually consists of carbon. This ejects two carbon atoms, the nitrogen atom sits in one position and the neighboring position remains empty.

    The research is a cooperation project of the three universities of the University Alliance Ruhr funded by the Mercator Research Center Ruhr (MERCUR): Colleagues at the University of Duisburg-Essen produce the diamonds by depositing an ionized molecular mixture on a substrate. The diamond thus grows layer by layer on this substrate. The researchers learned how best to build the diamond layers and which growth parameters are optimal.

    The diamonds were then transfered to Ruhr-Universität Bochum. There, the scientists found out how best to shoot the nitrogen ions into the crystals in order to create the NV centers. This caused problems at the beginning, because a diamond is a very bad electrical conductor.

    The crystals were then examined at TU Dortmund University. The researchers led by Tanmoy Chakraborty, Fabian Lehmann and Jingfu Zhang from Professor Dieter Suter's research group have set up several experiments with which they can investigate the crystals very specifically. In this way, they can see whether there is an NV centre with an electron at the desired location, without an electron or something completely different.

    The results can be used for further research into NV centres and thus advance the development of quantum computers. Each NV centre contains one or more spins that can be used to store quantum information. In a usual hard disk, spins are oriented in one direction or the other. The state 0, for example, would stand for the spin pointing upwards. 1 accordingly means that the spin points downwards. The difference to a standard computer is that a quantum computer that would work with these NV centers, for example, could not only have the state "0" or "1", but also a so-called superposition state. So the spin can be in the state 0 as well as in the state 1. This allows you to perform calculations with both initial states at the same time. At 1000 bits, 21000 calculations can be done - which is enormous.

    At the same time, tiny sensors can be developed on the basis of NV centers. For example, research is being carried out into introducing very small diamonds into cells and thus measuring the temperature inside the cells.

    Publication: T. Chakraborty, F. Lehmann, J. Zhang, S. Borgsdorf, N. Wöhrl, R. Remfort, V. Buck, U. Köhler, and D. Suter: CVD growth of ultrapure diamond, generation of NV centers by ion implantation, and their spectroscopic characterization for quantum technological applications. Phys. Rev. Materials 3, 065205.
    https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.3.065205

    Editor: Lena Reil, 0231/755-5449, lena.reil@tu-dortmund.de

     

  • A Flash of Lightning Under Water

    26th June 2019, Plasma Research


    © RUB, Kramer


    For only a few nanoseconds, a plasma tears the water apart. It may regenerate catalytic surfaces at the push of a button.

    Among other things, electrochemical cells help to recycle CO2. However, the catalytic surfaces wear out in the process. The team from Collaborative Research Centre 1316 "Transient atmospheric pressure plasmas: from plasma to liquid to solid" at Ruhr-Universität Bochum (RUB) is investigating how they could be regenerated at the push of a button using an extreme plasma in water. Using optical spectroscopy and modelling, for the first time the team was able to comprehensively investigate such underwater plasmas, which only exist for a few nanoseconds, and thus theoretically describe the conditions during plasma ignition. They report in the journal "Plasma Sources Science and Technology" of June 4, 2019.
    Plasmas are ionized gases: They are formed when energy is supplied from a gas that then contains free charge carriers. In nature, plasmas occur, for example, inside stars or on Earth as polar lights. In technology, plasmas are used to generate light in fluorescent tubes, or to produce new materials for microelectronics. "Normally, plasmas are generated in the gas phase, for example in the air or in noble gases," explains Katharina Grosse from the RUB's Chair of Experimental Physics II.

    Cracks in water

    In the current study, the researchers have generated plasmas directly in a liquid. They applied a high voltage for several billionths of a second to a hair-thin electrode immersed in the liquid. The ignition of the plasma creates a high negative pressure difference at the tip of the electrode, which causes cracks to form in the liquid. The plasma then spreads in these cracks. "The plasma can be easily compared to a flash of lightning, only here under water," says Katharina Grosse.

    Hotter than the sun

    Using fast optical spectroscopy in combination with fluid dynamics modelling, the research team was able to elucidate the variation of power, pressure and temperature in these plasmas. "We have seen that these plasmas consume up to 100 kilowatts of power for a short time, which is equivalent to the connected load of several detached houses," said Professor Achim von Keudell, holder of the Chair of Experimental Physics II. In addition, this produces pressures of several thousand bar, which corresponds to or even exceeds the pressure at the lowest point in the Pacific. After all, temperatures of many thousands of degrees similar to the surface temperature of the sun and beyond are generated briefly.

    Water is broken down into its components

    These extreme conditions exist only for a very short time. "Previous investigations have concentrated primarily on underwater plasmas in the microsecond range," explains Katharina Grosse. "During this time, the water molecules still have the opportunity to balance the pressure of the plasma. In the extreme plasmas in the nanosecond range that have now been investigated, faster processes take place. The water cannot equalize the pressure, and the molecules are broken down into their individual parts. "The oxygen released as a result is particularly important for catalytic surfaces in electrochemical cells," explains Katharina Grosse. "It can reoxidize such surfaces so that they can be regenerated and fully develop their catalytic activity again. In addition, dissolved reagents can also be activated in water, which facilitates catalysis processes."

    Editor: Meike Drießen meike.driessen@uv.rub.de

  • High Reaction Rates Even Without Precious Metals

    19th June 2019, Catalysis


    In this shielded cell, the researchers are testing the nanoparticles in electrochemical experiments. © RUB/Kramer

    Non-precious metal nanoparticles could one day replace expensive catalysts for hydrogen production.

    However, it is often difficult to determine what reaction rates they can achieve, especially when it comes to oxide particles. This is because the particles must be attached to the electrode using a binder and conductive additives, which distort the results.

    With the aid of electrochemical analyses of individual particles, researchers have now succeeded in determining the activity and substance conversion of nanocatalysts made from cobalt iron oxide – without any binders. The team led by Professor Kristina Tschulik from Ruhr-Universität Bochum reports together with Professor Stephan Schulz from the University of Duisburg-Essen and colleagues from Dresden in the Journal of the American Chemical Society.

    "The development of non-precious metal catalysts plays a decisive role in the realisation of the energy revolution, as only they are cheap and available in sufficient quantities to produce the required quantities of renewable fuels," says Kristina Tschulik, member of the Materials Chain and the Ruhr Explores Solvation Excellence Cluster (Resolv). "Learning more about the activities of nanocatalysts is indispensable for the efficient further development of non-precious metal catalysts."

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

  • TU Dortmund University and Partners are Researching 5G

    19th June 2019, Millions in Funding from the State of North Rhine-Westphalia


    © TU Dortmund

     

    The new 5G generation of mobile communications forms the basis for an immense boost to innovation. The new research project "Competence Center 5G.NRW" (CC5G.NRW) aims to help North Rhine-Westphalia become the lead market for 5G. The state is providing 3.3 million euros in funding for this over a period of three years, of which around 1.2 million euros will go to TU Dortmund University.

    As part of the research project, TU Dortmund University will be responsible for setting up and operating a flexible 5G experimental platform, which will enable companies to implement innovative 5G demonstrators "on site" in a unique way. When Prof. Christian Wietfeld handed over the funding decision by Prof. Andreas Pinkwart, Minister of Economics, Innovation, Digitisation and Energy of the State of North Rhine-Westphalia, he emphasised that "in addition to the high bandwidths, the focus is on fulfilling quality guarantees for highly reliable and highly scalable communication via 5G network slicing".

    "Bridge between basic research and innovative application scenarios."

    The team of Dortmund scientists is investigating the use of the currently auctioned 5G frequencies and will also test the mobile Gigabit transmission in the new 5G frequency range to be developed at 26 GHz with innovative, dynamically tracking antennas. Prof. Gabriele Sadowski, Prorector of Research at TU Dortmund University and member of the Materials Chain, is pleased that "with the Competence Center 5G.NRW, a bridge can be built between basic research in Dortmund's DFG Collaborative Research Centre 876 and innovative 5G deployment scenarios in NRW companies".

    The Competence Center 5G.NRW is supported by four partners: Under the consortium leadership of the Institute for Systems Research in Information, Communication and Media Technology (SIKoM+) at Bergische Universität Wuppertal, these are TU Dortmund University, the University of Duisburg-Essen (UDE) and the Institute FIR at RWTH Aachen. The powerful consortium wants to accelerate the introduction of 5G technology in order to test its strengths and weaknesses in practice. From this, realistic recommendations for the application are to deduce and for the optimization of the systems, a contribution is to be made.

    Use of 5G important for increasing industrial digitisation

    For the increasing industrial digitization, the mobile radio standard 5G will realize the necessary quality, speed and capacity of the cross-linking and data transmission. Applications such as autonomous driving, remote robot surgery and augmented reality support in maintenance and repair situations will be enabled and continuously improved. In the "Competence Center 5G.NRW" research project, technical entry barriers for companies are reduced, economic potential for vertical markets - such as automotive and mobility, energy, food and agriculture, smart cities, health care and production and many more - is developed and innovations are accelerated. Prof. Dr. Andreas Pinkwart, Minister for Economic Affairs, Innovation, Digitisation and Energy of the State of North Rhine-Westphalia, presented the funding decision to representatives of the project consortium on Monday, 17 June.

     

  • Teaching Prize for Three Chemists

    18th June 2019, Award at the Dies Academicus


    © UDE

    Together, they are involved in the lecture series "Functional Supramolecular Materials", now Jun.-Prof. Dr. Michael Giese, Dr. Jochen Niemeyer and Jun.-Prof. Dr. Jens Voskuhl receive this year's UDE Teaching Award. The award was presented at the Dies Academicus on June 17, 2019.

    They are all connected by supramolecular chemistry. Against this background, the three early career scientists redesigned the master's lecture "Functional Supramolecular Materials" and offered it for the first time in the summer semester 2018. Due to the excellent student evaluation and their commitment to the students, which went far beyond the actual courses, the chemists will be honored with this year's teaching award.

    Michael Giese, junior professor of the Professor-Werdelmann Foundation, focuses his research on the synthesis and analysis of supramolecular functional aggregates, especially those with liquid crystalline properties. The aim of his research is the development of novel supramolecular liquid crystals for applications in optical and electronic devices, such as organic solar cells or light emitting diodes.

    Jochen Niemeyer has been habilitating at the university since 2014 as head of a junior research group. The goal of his research is the development of new supramolecular chemosensors and catalysts, in particular by using multifunctional systems. Chemosensors are of particular interest against the background of bioanalytical and diagnostic questions, while efficient catalyst systems enable the resource-saving production of chemical intermediates and energy carriers.

    Jens Voskuhl is junior professor for biosupramolecular chemistry at the UDE. He is mainly involved in the construction of new supramolecular functional systems and their application in biological and medical contexts. The new findings and methods are relevant for the investigation of the interaction with proteins by artificial ligands.

    The awarding of the teaching prize shows that the three researchers obviously convey this knowledge outstandingly well. Congratulations!


    Further information and editorial office: Sarah Heuser, sarah.heuser@stud.uni-due.de

  • Wolfgang Schuhmann was Honoured in Ireland

    27th May 2019, Award Ceremony


    © RUB, Kramer

    The Bochum scientist is now one of the most decorated researchers in the International Association of Bioelectrochemistry.

    The Bochum chemist Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann has received the renowned Giulio Milazzo Award of the Bioelectrochemical Society, endowed with € 2,000. The prize was awarded on 26 May 2019 at the annual conference of the international association in Limerick, Ireland.
    Wolfgang Schumann studied chemistry at the University of Karlsruhe and received his doctorate from the Technical University of Munich. Since 1996 he has been Professor of Analytical Chemistry at the RUB, where he is also a member of the Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence, which has been funded by the German Research Foundation since 2012.

    multiple award-winning

    Schuhmann is author and co-author of about 650 scientific publications and has been decorated many times. In 2000 he received the "Biosensors and Bioelectronics Award". In 2008 he was a Fellow of the Royal Society of Chemistry and received the Julius von Haast Fellowship Award of the Royal Society of New Zealand and the Alexander von Humboldt Foundation. In 2011 he received the "Katsumi Niki Award" of the International Society of Electrochemistry. In 2014 Schuhmann was awarded the Howard Fellowship of the University of New South Wales in Sydney. Most recently, he was awarded the "Alessandro Volta Medal" of the Electrochemical Society in October 2018 and an Advanced Grant of the European Research Council in 2019.

    Editor: Arne Dessaul, arne.dessaul@uv.rub.de

  • Materials that Cool, Control, Store

    24th May 2019, New Emmy Noether Group


    © RUB, Marquard

    Anna Grünebohm calculates the building instructions for tailor-made materials.

     

    Movement or temperature changes can be converted into electrical current, ferroelectric materials can do that and more. Optimizing them is the goal of Dr. Anna Grünebohm's new Emmy Noether junior research group at the Interdisciplinary Centre for Materials Simulation (ICAMS) at the RUB. The group "Scale-bridging computational design of multifunctional ferroelectric composites" has been funded by the German Research Foundation (DFG) with over 1.3 million euros for six years since May 1, 2019. Two doctoral positions are currently advertised.

     

    Controlling small movements

     

    The research focus of the group is on oxides with a perovskite structure in which different ions and thus different properties can be incorporated, just like in a Lego building set. Ferroelectric perovskites are particularly interesting because they contain ordered electrical dipoles that can be aligned by applying an electric field. This causes an elastic distortion in the material. "This is already being used today for piezoelectric actuators: small components that control tiny movements, for example in cameras," explains Anna Grünebohm.

     

    Harvesting energy

     

    In addition, such materials can also be used to generate electrical energy or for new environmentally friendly cooling technologies. "The exciting thing is that electrical energy can be harvested: You can generate electricity from temperature changes or movements that you have anyway. Examples are waste heat or a radio light switch where the movement of the button simultaneously generates the current for the radio signal," describes Anna Grünebohm.

     

    "Unfortunately, such materials often contain lead, and that one would like to avoid," says the researcher. Using computer simulations, she hopes to gain a deeper understanding of the mechanisms involved in such materials and predict nanostructured materials with tailor-made properties. This will lead to a kind of construction manual for new materials for experimental collaboration partners.

     

    Editor: Meike Drießen, meike.driessen@uv.rub.de

  • Calculating the Internal Structure of Metals

    24th May 2019, Materials Science and Statistics join forces


    © RUB, Kramer

    Statistical methods should help to optimize material properties more easily and quickly.

     

    The microstructure of metals influences properties such as the durability and formability of materials. A special role is played by grain boundaries at which material areas of different spatial orientation adjoin each other. By mathematically modelling the processes at these grain boundaries, a research team at the Ruhr University Bochum (RUB) aims to contribute to the faster optimisation of materials. The German Research Foundation is funding the project "Efficient sampling and parametrization of the grain boundary geometry and composition space: atomistic simulation meets statistical methodology" at the Chair of Stochastics of the Faculty of Mathematics and at the Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) with approximately 600,000 euros for three years.

     

    Grain boundaries describe in five dimensions

     

    Describing grain boundaries in metals is very complicated: "We describe their geometry in five dimensions," explains Dr. Rebecca Janisch of ICAMS. One of the reasons for this is that the grains, some of which are only a few nanometers in size, are twisted against each other in the metal. This twisted position of the grains also results in individual atoms being shifted at the interfaces and forced out of their preferred position. "This means that a certain amount of energy is stored in the material," says Rebecca Janisch.

     

    This grain boundary energy and material properties can be influenced by the selection of certain starting metals for alloys or by the addition of foreign atoms that accumulate at the grain boundaries - a process known as segregation. In order to be able to optimize the properties of a material more quickly and easily, the researchers want to model these processes mathematically. "Our goal is to develop an efficient high-throughput method for numerical simulations to determine grain boundary and segregation energies," said Prof. Dr. Holger Dette, head of the Chair of Stochastics at the RUB.

     

    Predictions for alloys

     

    "We will then be able to predict how often certain types of grain boundaries occur in an alloy of a certain composition," explains Janisch. To develop the new algorithms, the scientists use methods from mathematical statistics, representation theory to model grain boundary symmetries, and optimization.

     

    Editor: Meike Drießen, meike.driessen@uv.rub.de

  • Particles Out of the Flame

    20th May 2019, Humboldt Research Award Winner at the NETZ


    © privat

    To improve car engines, produce nanomaterials or design rocket engines, it is essential to understand combustion processes. Professor Hai Wang from Stanford University (USA) is an expert in this field. As winner of the prestigious Research Award of the Alexander von Humboldt Foundation, he is currently a guest researcher at the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) of the University of Duisburg-Essen (UDE).

    Hai Wang, Professor of Mechanical Engineering at the renowned university in Silicon Valley, has been collaborating with his German colleagues for several years. Now, the Humboldt Research Award enables him to spend around six months in Duisburg to directly collaborate with his colleagues in the NETZ. He is looking forward to the collaboration: „Professor Schulz is making dazzling advances in understanding and making advanced materials from gas-phase synthesis. His research group is leading in many aspects of this research field in the world. Therefore, I am extremely delighted to have the opportunity to work with him and I hope that our collaboration will produce impactful results for years to come.”

    Wang is internationally known for his work in combustion and aerosol research, especially in the fields of soot formation, reaction modeling and nanomaterials synthesis. He has been a key contributor to energy research and development, both for basic research and for industrial applications. His current research interests include the production of nanomaterials in flames. He has recently succeeded in processing the emerging carbon nanoparticles into nanodiamonds that are used widely: From fluorescent marking in medical applications to LEDs with variable colors.

    The collaboration with Professor Schulz's group focuses primarily on basic research: "We are working on a unified theory on the behavior of nanoparticles in different precursors and settings during synthesis. In the long term, we want to be able to define exactly which products we will receive at the end of the process, even before we start it”, Schulz explains.

    The Humboldt Research Award is granted to foreign scientists of all disciplines for their achievements as a whole, which have had a lasting impact on their own discipline and which are expected to contribute to future excellence. The award is valued at 60,000 € and enables the prizewinners to carry out research projects in Germany with peers of their own choice.

     

    Further information: Prof. Christof Schulz, Reactive Fluids (IVG), +49 203 37 9-8161, christof.schulz@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Applying Precious Metal Catalysts Economically

    15th May 2019, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Precious metal nanoparticles of platinum and gold are excellent catalysts. But they are expensive and rare. A new method makes it possible to save material.

    Researchers at Ruhr-Universität Bochum and the Fritz Haber Institute Berlin have developed a new method of using rare and expensive catalysts as sparingly as possible. They enclosed a precious metal salt in outer shells, tiny micelles, and had them strike against a carbon electrode, thus coating the surface with nanoparticles of the precious metal contained in the micelles. At the same time, the team was able to precisely analyse how much of the metal was deposited. The researchers then showed that the electrode coated in this manner could efficiently catalyse the oxygen reduction, which is the limiting chemical process in fuel cells.

    The team led by Professor Kristina Tschulik and Mathies Evers from the Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials describes the process in the journal “Angewandte Chemie”, published online in advance on 11 April 2019.

    “Only flat substrates can be coated uniformly with nanoparticles using standard methods,” says Kristina Tschulik. “Our process means that even complex surfaces can be loaded uniformly with a catalyst.”

    Editor: Julia Weiler, julia.weiler@uv.rub.de 

  • Cups with Attoliter Volume

    15th May 2019, Self-Organizing Molecules


    Stacked Janus nanocups, before being separated. © UDE

    They look like interlocking egg cups, but a hen's egg is 100,000 times as thick as one of the miniature cups: Scientists at the Center for Nanointegration (CENIDE) at the University of Duisburg-Essen (UDE) have made polymers to form themselves into tiny cups on their own. They could, for example, be used to remove oil residues from water. The scientists have published their results in the journal "Angewandte Chemie".

    The first step is a very thin long chain of so-called triblock terpolymers – a kind of plastic. If many of them are added to a droplet of a solvent, they automatically adapt their shape to the round boundary. When the solvent evaporates, the drop becomes smaller and the polymer cup structure shrinks with it. What remains are the cups, which, like Russian Matryoshka dolls, lie one inside the other. Xiaolian Qiang, PhD candidate in the research group of junior professor André Gröschel, then separates them in several steps.

    "Such particles are called ‘Janus particles’, because they have two sides with different properties", the 29-year-old explains. "The term comes from the Roman god Janus, who had two faces." Everyone knows the particle’s opposite chemical properties from soap: One half is hydrophilic, i.e. it dissolves well in water. The other half is hydrophobic like a drop of oil and therefore insoluble in water. In Qiang's experiments, 50 percent of the cups are produced with hydrophilic inner and hydrophobic outer sides. The other half is the other way round.

    Qiang utilizes this principle to fill the small vessels with nanoparticles, for example. If she surrounds the particles with a solvent they do not like, they flee into the interior of the cup with the correspondingly opposite property. In this way it is possible to absorb oil residues from water or to transport substances through an aqueous environment – e.g. blood.

    Now, Qiang and her team work on creating only one of the two variants.

     

    Original publication: X. Qiang, A. Steinhaus, C. Chen, R. Chakroun, A.H. Gröschel: Template-Free Synthesis and Selective Filling of Janus Nanocups.
    Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7122 –7126
    DOI: doi.org/10.1002/anie.201814014

    Further information: Xiaolian Qiang, +49 203 37-98213, xiaolian.qiang@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • New Class of Catalysts for Energy Conversion

    6th May 2019, Materials Research


    © RUB, Marquard

    “The theoretical possibilities seem almost too good to be true,” says researcher Tobias Löffler.

    Numerous chemical reactions relevant for the energy revolution are highly complex and result in considerable energy losses. This is the reason why energy conversion and storage systems or fuel cells are not yet widely used in commercial applications. Researchers at Ruhr-Universität Bochum (RUB) and Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf are now reporting on a new class of catalysts that is theoretically suitable for universal use. These so-called high entropy alloys are formed by mixing close to equal proportions of five or more elements. They might finally push the boundaries of traditional catalysts that have been unsurpassable for decades. The research team describes their uncommon electrocatalytic working principles as well as their potential for systematic application in the journal “ACS Energy Letters” from 17. April 2019.

    Material libraries for electrocatalysis research

    The material class of high entropy alloys features physical properties that have considerable potential for numerous applications. In oxygen reduction, they have already reached the activity of a platinum catalyst.

    “At our department, we have unique methods at our disposal to manufacture these complex materials from five source elements in different compositions in form of thin film or nanoparticle libraries,” explains Professor Alfred Ludwig from the Chair of Materials for Microtechnology at RUB. The atoms of the source elements blend in plasma and form nanoparticles in a substrate of ionic liquid. If the nanoparticles are located in the vicinity of the respective atom source, the percentage of atoms from that source is higher in the respective particle. “Very limited research has as yet been conducted into the usage of such materials in electrocatalysis,” says Ludwig.

    Manipulating individual reaction stages

    This is expected to change in the near future. The researchers have postulated that the unique interactions of different neighbouring elements might pave the way for replacing noble metals with equivalent materials. “Our latest research has unearthed other unique characteristics, for example the fact that this class may also affect the interdependencies among individual reaction steps,” says Tobias Löffler, PhD researcher at the Center for Electrochemical Sciences at RUB's Chair of Analytical Chemistry. “Thus, it would contribute to solving one of the major problems of many energy conversion reactions, namely otherwise unavoidable great energy losses. The theoretical possibilities seem almost too good to be true.”

    Foundation for ongoing research

    In order to promote rapid progress, the team from Bochum and Düsseldorf has described its initial findings with the aim of interpreting first characteristic observations, outlining the challenges, and putting forward first guidelines – all of which are conducive to advancing research. “The complexity of the alloy is reflected in the research results, and many analyses will be necessary before one can assess its actual potential. Still, none of the findings to date precludes a breakthrough,” supposes Professor Wolfgang Schuhmann, Chair of Analytical Chemistry at RUB.

    Visualisation in 3D

    The characterisation of catalyst nanoparticles, too, is conducive to research. “In order to gain an indication of how, exactly, the activity is affected by the structure, high-resolution visualisation of the catalyst surface on the atomic level is a helpful tool, preferably in 3D,” says Professor Christina Scheu from Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf. Researchers have already demonstrated that this is an attainable goal – if not yet applied to this class of catalysts.

    The question if such catalysts will facilitate the transition to sustainable energy management remains to be answered. “With our studies, we intend to lay the foundation for ongoing research in this field,” conclude the authors.

    Editor: Meike Drießen

  • Particle at the Stick

    3rd May 2019, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Since they are so tiny, it is difficult to investigate single nanoparticles. However, this is exactly what researchers are aiming for in order to tailor their properties. For that purpose, they came up with a trick.

    Nanoparticles can be used in many ways as catalysts. To be able to tailor them in such a way that they can catalyse certain reactions selectively and efficiently, researchers need to determine the properties of single particles as precisely as possible. So far, an ensemble of many nanoparticles is analysed. However, the problem of these investigations is that the contributions of different particles interfere, so that the properties of individual particles remain concealed.

    Researchers at Ruhr-Universität Bochum, the University of Duisburg-Essen and the Technical University of Munich describe a new method to observe single nanoparticles before, during and after an electrochemical reaction in the journal “Angewandte Chemie“ from 16 April 2019. “For this purpose, we have created the particle at the stick,“ explains Professor Wolfgang Schuhmann, head of the Center for Electrochemical Sciences.

    Observing the complete lifecycle

    The researchers grew a catalyst nanoparticle at the tip of a carbon nanoelectrode, subsequently activated it and used it to catalyse an electrochemical reaction. They analysed changes in its shape and chemical composition after each step.

    The nanoparticle performed excellently and reached turnover rates, which are comparable to industrial electrolysis devices. “However, for us it was even more important to see that the nanoassembly of electrode and particle was stable enough for a follow-up examination after catalysis,” says Wolfgang Schuhmann.

    Editor: Julia Weiler, julia.weiler@uv.rub.de

  • Longer Life for Bioelectrodes

    26th April 2019, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Researchers have found the key to long life for bioelectrodes that convert sunlight into electricity.

    Proteins involved in photosynthesis can be used to produce electricity from solar energy economically and efficiently. However, although these proteins, such as Photosystem I, are naturally robust, the lifespan of isolated protein complexes in semi-artificial electrodes is considerably shorter. Therefore, the technological application of such bioelectrodes is still limited. A research team at Ruhr-Universität Bochum has now shown that operation in an oxygen-free environment significantly extends the life of the bioelectrode.

    The team led by Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Adrian Ruff, Dr. Felipe Conzuelo and Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann from the Centre for Electrochemistry and Prof. Dr. Matthias Rögner from the Department of Plant Biochemistry reported on their current research in the renowned "Journal of the American Chemical Society".

    Oxygen is to blame

    The researchers have already shown in previous studies that the operation of the bioelectrode produces reactive molecules that damage the Photosystem I and are responsible for the limited lifespan of the bioelectrode. These reactive species are produced by oxygen, which acts as an electron acceptor. "We have therefore proposed the design of bioelectrodes that operate in an oxygen-free environment," explains Felipe Conzuelo.

    Step to application

    Tests have now shown that the lifetime of the bioelectrodes under exclusion of oxygen increases significantly compared to operation under the influence of oxygen. "We have thus taken an important step towards the efficient development and later application of photobioelectrodes for energy conversion," says Fangyuan Zhao.

    Editor: Meike Drießen
    Translation: Materials Chain

  • Hume Rothery Prize 2019 awarded to Suzana G. Fries

    16th April 2019, Award to be presented in October


    Suzana G. Fries heads the group of Computational Thermodynamics/CALPHAD at ICAMS.
    The Institute of Materials, Minerals and Mining (IOM3) has awarded the 2019 Hume Rothery Prize to ICAMS group leader Suzana G. Fries. The prize is awarded in recognition of distinguished achievements concerned with phase relationships in metallic materials or non-metallic materials of metallurgical interest. For further information, please visit the IOM3 website.

    https://www.iom3.org/news/2019/apr/16/2019-iom3-awards-announced

  • New Lasers for Ulta-Fast Data Transfer

    4th April 2019, Information Technology


    © RUB, Kramer

    So-called spin lasers have the potential to significantly accelerate data transmission in fiber optic cables. And they also consume considerably less energy.


    RUB engineers have developed a new concept for ultra-fast data transfer via fiber optic cables. In conventional systems, a laser sends light signals through the cables, and the information is encoded in the modulation of the light intensity. Physical limits prevent this from happening much faster than with a frequency of 40 gigahertz. In the international top magazine "Nature" of April 3, 2019, a team from Bochum describes how frequencies of 200 gigahertz and more could be achieved with semiconductor technology. The researchers from the Department of Photonics and Terahertz Technology cooperated with colleagues from Ulm and Buffalo.
    The Bochum concept could not only enable considerably faster data transmission, but also save energy. Conventional technology is extremely energy-hungry at high speeds. "Unless we change the technology, data transmission and the Internet will soon consume more energy than we currently produce on Earth," says Prof. Dr. Martin Hofmann. Together with private lecturer Dr. Nils Gerhardt and doctoral student Markus Lindemann, he is therefore researching an alternative technology.


    Speed limit not yet reached


    The trick: The Bochum researchers code the information not in the modulation of light intensity, but in the modulation of light polarization. They generate an oscillating circular light polarization in which the direction of oscillation is repeatedly reversed. "We have shown that this oscillation can take place at 200 gigahertz," describes Hofmann. "We do not know how much faster it can still become. We haven't found a theoretical limit yet."
    Oscillation alone does not transport information, however, and polarization must be modulated for this to happen. Hofmann, Gerhardt and Lindemann have experimentally confirmed that this is possible in principle.


    Special lasers required


    In order to generate the oscillating polarization, special lasers are required in which a semiconductor crystal is bent in a certain way. In addition, the researchers have to inject electrons with aligned spin into the crystal. "The system is not yet ready to be used. A lot of technological optimization is required," summarizes Martin Hofmann, who together with his Bochum colleagues has already applied for a patent that could remove one of the hurdles. "With our work, which demonstrates the potential of spin lasers, we want to open up a new field of research," Hofmann continues.

    Julia Weiler, julia.weiler@uv.rub.de

  • Catalysts for Controlled Cascade Reactions

    28th March 2019, ERC Advanced Grant


    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann © RUB

    Converting carbon dioxide or nitrogen oxides into useful or non-toxic substances is difficult. Wolfgang Schuhmann wants to find ways and is being supported by the EU.


    Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann wants to produce useful basic chemicals from harmful gases on an industrial scale using novel catalysts. For this project, the head of the Department of Analytical Chemistry at Ruhr-Universität Bochum will receive an Advanced Grant from the European Research Council (ERC). The grant amounts to 2.5 million euros over five years.


    Reaction chain does not normally run according to plan


    The electrochemical conversion of CO2 or nitrogen oxides into useful or non-toxic derivatives is based on a complex series of reactions. Some require more energy, others less. "Chemistry always opts for the most energy-efficient route," explains Wolfgang Schuhmann, member of the flagship program Materials Chain and the Ruhr Explores Solvation excellence cluster (Resolv). Therefore, the reaction chain does not run according to plan, and a wide variety of products are produced, not just the ones one would like.
    In addition, CO2 is poorly soluble in liquids. Conventional electrochemical cells therefore cannot convert industrially significant amounts of CO2.


    One point of contact for three phases


    Special electrodes modified with catalysts, which Wolfgang Schuhmann plans to design in his ERC Grant, are intended to provide a remedy. The electrodes are based on a conductive fleece that is Teflon-coated on one side and is therefore not permeable to water but permeable to gas. Various catalyst particles are embedded in the fleece. While the gas enters the fleece from the watertight side, it is moistened from the other side. "This creates a place in the fleece where all three components - gas, liquid phase and catalyst - come into contact with each other," explains Schuhmann.


    Particles of a certain order


    Through a defined relative orientation of the various catalyst particles in these so-called gas diffusion electrodes, only the desired reactions are to take place in the desired sequence, so that the desired product is finally produced, for example harmless nitrogen from nitrogen oxide. All possible side paths of unwanted reactions are to be prevented in this way.
    The aim of the ERC project is to understand the design of cooperating catalysts for selective cascade reactions and to demonstrate their function. The research focuses on the production of basic chemicals by CO2 reduction and air purification of nitrogen oxides.

  • Silver Nanoparticles - A Problem for the Environment?

    27th February 2019, Chemistry


    © Roberto Schirdewahn

    So far, there has been no method to investigate the influence of the particles. First results with a new method show that the particles behave differently than expected.


    Silver particles have an antibacterial and anti-inflammatory effect. For this reason, they are now widely used, for example as coatings for wound dressings, as odor inhibitors in sportswear or in food packaging. From there they are regularly released into the environment. "When sportswear is washed, 50 percent of the silver particles contained in it dissolve in water per wash," says Prof. Dr. Kristina Tschulik, a chemist in the Ruhr Explores Solvation Excellence Cluster at the RUB. "Ultimately, they land in the sea. What happens to them there is still largely unknown.
    This is because the tiny particles, which are only a few nanometres in size, are difficult to examine - especially when they are present in low concentrations in a complicated environment such as seawater. "There are many sources of disturbance here, such as salts or algae," explains Tschulik. Conventional methods for the analysis of nanoparticles cannot cope with this because they usually work in a high vacuum.


    Anti-breath odour spray under test


    Kristina Tschulik's research group for electrochemistry and nanoscale materials has developed a new process that changes this. It can detect individual nanoparticles in solution and analyse what happens to them there. For this purpose, the scientists combined a previously established electrochemical process with a spectroscopic method.
    In a first step, the researchers demonstrated that the method is robust against sources of interference by taking water samples from an untouched Canadian fjord. Although this water contained salts, algae and other disturbing factors, it did not contain any industrial impurities.
    They bought a silver nanoparticle spray on the Internet, which was offered for the disinfection of cutlery and as a remedy for bad breath in dogs. They sprayed it into the fjord water and examined with the electrochemical method whether they could detect the particles. This succeeded.
    Using the combined spectro-electrochemical method, they analysed in further studies what happens to silver particles in saline water. Previously, it was assumed that the particles were dissolved as silver ions in water.
    Clumping of particles
    This assumption was not confirmed; instead, the particles clumped and reacted to silver chloride. "So they would probably sink to the ground and sediment," concludes Tschulik. "They would then be removed from the seawater, but one would have to consider what long-term consequences these heavy metal deposits could have for sea dwellers living near the bottom.
    Because there was no previous method for studying nanoparticles in natural environments, little is known about their impact on the environment. "Based on such a single result, one should not panic," says Kristina Tschulik, recalling that different nanoparticles can behave very differently - so one cannot draw conclusions about all nanoparticles from a few studies. But: "The more we use nanoparticles, the more important it is for us to be able to assess their effects," adds the researcher.


    No obligation to monitor so far


    With the Tschuliks group' method this would be possible - not only in sea water, but also, for example, in the process waste water of industrial companies. "As long as there are no established measurement methods and consequently no legal obligation to detect such particles, the companies will of course not do so", Tschulik knows. Should the legislator introduce such a control obligation, the basis for the construction of suitable sensors is now available.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

  • Finding the Star among Nanoparticles

    27th February 2019, Chemistry


    © Roberto Schirdewahn

    Fuel cells do not yet function optimally because the perfect catalyst is missing - so far, the wrong methods have been used to find them, says Kristina Tschulik.


    Prof. Dr. Kristina Tschulik's research objects are small. Very small. A thousand times smaller than the diameter of a human hair. These are nanoparticles that are produced in various forms and compositions and have become indispensable in industry. Catalysts for numerous reactions are produced in the form of nanoparticles. They consume little material but have a large surface on which the chemical reactions can take place.
    An industrially produced batch of nanoparticles is a collection of many individuals that vary in shape, size and chemical composition. Kristina Tschulik is interested in each and every one of the tiny ones. With her team from the RUB Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials, she characterizes individual particles and also determines which ones are particularly catalytically active.
    "If one knew which properties make individual particles particularly active, it would be possible to specifically produce particles with precisely these properties," explains the chemist. Many promising technologies, such as fuel cells, do not yet work as desired because the optimal catalysts are lacking. "I think this is because we do not yet have the perfect methods to characterise the catalysts," says Tschulik.


    Like in concert


    The common methods are established for large electrodes. They provide an average value for an ensemble of nanoparticles. This would be sufficient if the particles were all the same, but they are not. "You have to imagine it as with people in a concert: One person sings on stage, everyone in the audience sings along," the Bochum researcher compares. "If we only hear the singing together, we won't find out who the star is - but that's exactly what we want to hear."
    Since the nanoparticles are so small, they can only be made visible with special microscopes, usually in a high vacuum - in other words, under conditions that are virtually non-existent on Earth. The researchers around Kristina Tschulik have therefore developed a new method with which they can analyse the particles directly in solution. To be more precise, they combined an electrochemical with a spectroscopic method in order to be able to investigate different properties of the particles.


    Two methods combined


    The team uses an electrode as thin as a hair, applies a certain voltage to it and immerses it in a solution of particles. The so-called Brownian movement - a thermal movement that causes small particles in liquids and gases to jerk back and forth in an undirected direction - causes some of them to strike the electrode over time. If the voltage is selected correctly, these particles react on the electrode surface. Silver particles, for example, are converted into silver chloride or dissolved, depending on which substances the surrounding solution contains. Each time a silver atom reacts to form a single positively charged silver ion, an electron is released, which flows off as a current through the electrode. By measuring the current flow, the chemists can deduce the number of atoms that have reacted and thus the size of the particle. The method is so sensitive that it detects currents in the Piko ampere range (10-12 amps). Even particles 2 and 2.5 nanometers in diameter can be easily distinguished. The decisive factor for this electrochemical method is that the particles are present in the solution in low concentrations so that they strike the electrode individually.
    This electrochemical method, which Kristina Tschulik helped to develop in Oxford from 2012, has now been brought together by her Bochum team with so-called dark-field microscopy. The latter allows the chemists to visualize the particles in real time as colored pixels. By changing the color of the dots, or more precisely by using the spectral information, they can track what happens to the particles on the electrode surface, for example, whether they dissolve or convert, for example into silver chloride.


    Chemical nose with electricity meter


    The spectro-electrochemical process is specific to a particular type of particle. Depending on the voltage applied to the electrode by the researchers, particles made of different materials react, for example silver particles at a lower voltage than gold particles. "We therefore have a chemical nose and a method that provides quantitative information about the current flow. This is very rare," sums up Tschulik. Scientists can also use the technology to observe whether particles clump together, i.e. when the particles hitting the electrode become larger over time.
    This method enables Tschulik's team not only to determine the size of nanoparticles, but also how efficiently they work as catalysts. For this analysis, the scientists set the conditions so that the particles do not dissolve at the electrode surface but catalyze a chemical reaction there. The current flow tells them the conversion rate. In addition, they can monitor whether the activity of the ageing particle remains constant or decreases or even increases over time. After the analysis, they can observe the particle adhering to the electrode under the microscope and thus determine its shape.
    Optimizing catalysts for energy technology
    According to Kristina Tschulik, this effort for many individual particles is worthwhile: "The catalyst activity does not change linearly with the properties," she says. A particle that is half the size of another is not automatically half or twice as active. There are very complex and unpredictable relationships between the shape, size and composition of particles and their activity in catalysis. Every individual could therefore be a star.
    Kristina Tschulik and her team now have a tool at hand with which they can search for these stars among the nanoparticles. They want to make their contribution to finding the optimal catalysts for fuel cells, the electrolysis of water and other technologies in the field of regenerative energy.

    Editor: Julia Weiler, julia.weiler@uv.rub.de 

  • Calculating the perfect material

    25th February 2019, Emmy Noether Group for Physicist


    © private

    Generating electricity from heat differences or mechanical energy has been possible for a long time. But the materials required are usually expensive, rare or toxic. Physicist Dr. Anna Grünebohm from the University of Duisburg-Essen (UDE) researches harmless and easily available alternatives. She has succeeded in recruiting one of the coveted Emmy Noether junior research groups, and will be funded with more than €1.3 million for six years.

    The material class Grünebohm works with is oxides with a perovskite structure. That sounds complicated but it can simply be imagined as a Lego kit: the underlying crystal structure remains the same, but individual atoms can be exchanged and properties can be specifically designed.

    Many of these materials can be electrically polarized permanently and also have other properties that make them promising candidates for sustainable technologies: For efficient cooling with electricity, the use of waste heat or the short-term storage of electrical energy, to name just a few examples. 

    But the necessary features are sometimes difficult to set as a combination: "The greatest temperature changes possible, for example, often occur at more than 100°C and in thin films. For many cooling applications, however, one would like to reach room temperature. In addition, you need more material for a large cooling capacity, so that you cannot work with the ideal thin layers," Grünebohm explains. With homogeneous materials, this tightrope walk is difficult to impossible.

    In her working group "Scale-bridging computational design of multifunctional ferroelectric composites", the 35-year-old therefore researches nanomaterials consisting of thin layers with a thickness of just a few atoms or materials containing tiny inclusions. Not only can the different properties of the subsystems be combined in a completely new way, the interfaces also provide exciting new functionalities.

    Grünebohm's field is theoretical physics; it works with simulations that have great predictive power. To put it simply, she can use the computer to design an ideal material that will later serve as a blueprint for other scientists. In spring, her group will start with two PhD students within the "Materials Chain" flagship program of the University Alliance Ruhr.

    The Emmy Noether Program of the German Research Foundation (DFG) enables up-and-coming young scientists to qualify for a professorship by leading a junior research group.

    Further information:
    Dr. Anna Grünebohm, +49 203 37-94271, anna@thp.uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, + 49 203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Research in São Paulo

    21st February 2019, UA Ruhr Deepens Cooperation with Brazil


    © UDE

    Brazil is the destination of a UDE working group on inorganic chemistry. With the support of the UA Ruhr Liaison Office Latin America, they will meet with colleagues at the University of São Paulo (USP) at the end of February. One of their projects is to investigate the biomedical applications of metallic nanoparticles.

    Prof. Matthias Epple and Dr. Oleg Prymak have maintained close working contacts with Prof. Cristiano Luiz Pinto de Oliveira at the USP for many years. Their pioneering projects are financed by German and Brazilian funding institutions, including the current workshop "Materials science addressed with modern analytical and theoretical methods". Participants from Argentina and Uruguay are also expected. A three-day summer school on "Metallic Nanoparticles: synthesis, characterization and applications" is also planned.

    The UDE delegation's trip to Brazil also serves to intensify working contacts at the Federal University UFABC, the UA Ruhr's strategic partner in Brazil. Prof. Epple and Dr. Prymak, together with their partners Prof. Iseli Lourenço Nantes and Prof. Fabio Furlan Ferreira, are developing joint projects in the bionanosciences. They are also involved in the UFABC Germany Day.

    Further information:

    Inorganic Chemistry, Prof. Dr. Matthias Epple, Tel. 0201/18 3-2413, matthias.epple@uni-due.de

    Dr. Oleg Prymak, Tel. 0201/18 3-2401, oleg.prymak@uni-due.de

    Editor: Beate Kostka, Tel. 0203/37 9-2430, beate.kostka@uni-due.de

     

     

  • Smart Beams for Autonomous Cars

    8th February 2019, 4 Million Euros for Microelectronics Laboratory


    Professors Nils Weimann (l.) and Andreas Stöhr (r.) with Christian Blumberg at a semiconductor integration facility. This is located in the clean room of the University's Center for Semiconductor Technology and Optoelectronics. © UDE

    An animal jumps onto the road. It is pitch-black and foggy, but the automotive car brakes safely. One of the sticking points in autonomous driving is that such an environment recognition system works flawlessly. New sensors based on high-frequency radiation could be the solution. In the future, they will be developed at the University of Duisburg-Essen (UDE). To this end, the Federal Ministry of Education and Research is financing the expansion of a microelectronics laboratory with almost four million euros.

    Electronic and photonic chips can be used to determine objects and measure their position, distances and speeds. We know this from driver assistance systems, but also from industry. Thanks to them, robots pick the right parts from unsorted crates and act independently next to people. However, today's sensors for environment recognition have their limits, for example in the case of concealed vision. They also do not yet work with the required accuracy.

    UDE professors Dr. Nils Weimann, Dr. Andreas Stöhr and Dr. Thomas Kaiser are therefore researching innovative transistors and infrared components. Their new "ForLab SmartBeam" laboratory is located at the Center for Semiconductor Technology and Optoelectronics (ZHO), which already has a first-class infrastructure. With the 3.95 million euros from Berlin, two high-quality systems and instruments for high-frequency measurement up to 1.5 terahertz are now being purchased.

    Terahertz sensors
    This electromagnetic spectrum is interesting for many applications. Between 300 gigahertz and a few terahertz, the waves penetrate through material and organic tissue safely for humans. Ideal for detecting toxic substances or hidden objects. However, terahertz sensors are not yet suitable for mass production - the necessary chips require a special semiconductor material: indium phosphide. In this material, the electrons can move faster than in the commonly used silicon. It is also suitable for the manufacture of efficient opto-electronic terahertz components. The required technologies are researched and developed at the ZHO of the university.

    Not only the three professors are sure that the fast waves have great potential for the automotive industry, mechanical engineering, medical technology or telecommunications. The German Research Foundation is also pushing development further in that area via the Collaborative Research Centre MARIE. It deals with mobile terahertz applications and is headed by the UDE.

     

    Further information: Prof. Dr. Nils Weimann, Components of Highest Frequency Electronics, Tel. 0203/37-93391, nils.weimann@uni-due.de

    Editor: Ulrike Bohnsack, Tel.: 0203/37-92429, ulrike.bohnsack@uni-due.de

     

  • Digital Twins for all Samples

    5th February 2019, Materials Science


    © RUB, Marquard

    The days of handwritten records are over at the Chair of Materials in Microtechnology. This makes new research approaches possible.

    Every research experiment has to be documented, only in this way the results can be evaluated, checked and reproduced. This documentation may be self-evident, but as always the devil is in the detail. Different people document with different systematics, often still handwritten in a laboratory book, which is more or less readable for the colleagues. Anyone who wants to find certain information in such records after years needs patience.

    Many advantages

    This is no longer the case at the Chair of Materials in Microtechnology. Prof. Dr. Alfred Ludwig's group has set up a digital data management system that bundles all the information that accumulates at the chair. Not only manuals for measuring instruments, publications, lectures and software scripts are stored here. The team also feeds the data generated in all research projects into the system. This is done in a standardized form that is also comprehensible and searchable for colleagues. "Each physical sample receives a digital twin from us," explains Alfred Ludwig. The samples in the archive can be clearly assigned to the data in the system via an ID. The goal: more efficient research.

    For each sample, the team can see at the touch of a button how it was produced, which raw data was collected during the measurements and how the data was processed further. External inquiries about samples can thus be answered quickly and easily. And there are other advantages: "In research, we have relatively short personnel cycles. If an employee leaves and a new one arrives, he should be able to continue working as seamlessly as possible - this now works with our data management system," explains doctoral student Lars Banko, who designed the system and put it into practice. The materials scientists use adaptable commercial software that they have continuously adapted to their needs in recent years.

    Connecting measuring instruments with a database

    Initially, the team, of which Dr. Sigurd Thienhaus is a member, developed uniform standards for data collection. This enables the researchers to easily use measurement results from various experiments for comprehensive analyses. At present, the values still have to be entered into the program. In the future, as many measuring instruments as possible will be directly connected to the software and will feed the data independently. The Center for Interfacial-Dominated High-Performance Materials (Zentrum für Grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe - ZGH) will also use the software in the future.
    This approach enables new analyses. Values from different experiments can be summarised and evaluated using machine learning methods. The first analyses of this kind are already being carried out at the Chair of Materials in Microtechnology. "We want to learn from previous measurements how we can carry out future experiments more efficiently," explains Alfred Ludwig. "For example, we can determine whether we should glow a sample at 300 or 700 degrees Celsius. But the methods also help us to find relationships in the data that we would otherwise probably never have noticed.

    The group also plans to use virtual and augmented reality to better visualize the complex data.

    The researchers concluded that the work they put into the data management system was worthwhile for them. One day, they hope, similar systems in other groups at the RUB could help to further intensify interdisciplinary cooperation.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

  • New Production Method for Ultrathin Metal Films

    31st January 2019, Research Project


    © RUB, Marquard

    Producing such thin metal layers is like putting a flea on the top of Cologne Cathedral. With a modern method and new chemistry it should nevertheless succeed.

    Researchers at the Bergische Universität Wuppertal and the RUB want to develop a new process for the production of transparent ultra-thin metal layers. The metal films could be used as transparent contact layers for solar cells and light-emitting diodes. The German Research Foundation is funding the project with 600,000 euros for three years. Prof. Dr. Thomas Riedl from the Wuppertal Chair of Electronic Components is leading the project together with Materials Chain Member Prof. Dr. Anjana Devi from the Bochum research group Chemistry of Inorganic Materials.

    Solar cells and light-emitting diodes require electrical contact layers, the electrodes, to operate. At least one of the electrodes must not only be conductive, but also partially translucent in order to guarantee high efficiency. Particularly thin metal films can meet these requirements. However, they must not be thicker than ten nanometers. "In size comparison with the carrier material on which this layer is usually applied, this corresponds roughly to a flea sitting on the tip of Cologne Cathedral," explains Thomas Riedl.


    A single layer of atoms

    In the new project, the scientists want to use atomic layer deposition, ALD for short, to produce the metal films. The process enables them to coat large surfaces evenly, even if the layers have the thickness of a single layer of atoms. ALD is already industrially established for the production of ceramic thin films, but not yet for metals such as silver and copper. In preliminary work, the team from the Chair of Electronic Devices at Bergische Universität has developed a system prototype for plasma-assisted spatial sequential ALD at atmospheric pressure.


    New chemical precursors needed

    The chemical precursor molecules required for ALD pose a major challenge. "These have to be thermally stable, have a high vapour pressure and, in combination with a suitable reaction partner, convert completely into a metal film at low temperatures," says Nils Boysen, PhD student in the RUB's Chemistry of Inorganic Materials group. The group is one of the world leaders in the development and synthesis of precursor molecules.

    "Only a few chemical precursors are known for the ALD of metallic thin films," explains Anjana Devi. "We want to develop new suitable precursors to successfully deposit metallic thin films."

    The close cooperation between the two working groups led to a publication in the journal Angewandte Chemie even before the project was approved for funding, thus laying the foundation for the research project and further results.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

     

  • The Quest for the Dream Reaction

    28th January 2019, Prof. Dr. Corina Andronescu is New at the UDE


    © UDE

     

    While politicians are struggling for mandatory solutions to limit carbon dioxide (CO2) emissions, Dr Corina Andronescu is researching a complementary solution – the electrochemical conversion of CO2 into usable fuels such as methanol, called "Dream Reaction". In December, she was appointed junior professor for electrochemical catalysis at the University of Duisburg-Essen (UDE).

    It would indeed be a "dream reaction" to either permanently store the climate-damaging gas or convert it into something useful. And it would be an approach to counteracting global warming. Another approach is electrocatalytic water splitting, which produces hydrogen. This universal energy store can be used, for example, to power vehicles. Both processes are based on electrocatalysis, the core of Andronescu's research. Her goal is to develop catalysts that are stable over the long term while maintaining high electrical conductivity. To this end, she embeds the catalyst material as nanoparticles in carbon lattice structures.

    At the UDE, she will be located both at the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) and the Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) and set up a laboratory for electrochemistry. "It is a great opportunity to be in direct touch with colleagues who produce suitable materials for this purpose.” 

    Even before her appointment, the Romanian-born scientist conducted research at the university alliance UA Ruhr: She was head of her own research group on the subject at the Center for Electrochemical Science at the Ruhr University in Bochum. As a postdoctoral student, she previously worked on materials for biosensors and coatings at the Polytechnic University of Bucharest, where she completed her master's degree in 2011 and her doctorate in 2014. Since 2017, she has co-invented a patent application for self-healing nanoparticle-based catalyst layers for electrocatalysis.

    Andronescu's professorship is part of the Federal Government's programme for the promotion of young scientists (WISNA), which aims to offer young scientists a transparent and predictable path to a professorship for life. To date, 468 of these tenure-track professorships have been funded throughout Germany, 21 of them at the UDE.

     

    Further Information: Prof. Dr. Corina Andronescu, corina.andronescu@uni-due.de

     

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • The Printed Nanolayer

    17th January 2019, Prof. Dr. Doris Segets is new at the UDE


    © UDE

    Solar and fuel cells, LEDs, batteries – many sustainable technologies already contain nanoparticles. But still there are hardly any scalable processes for the production in industrial dimensions. That’s what Prof. Dr. Doris Segets wants to change. She took up the professorship for “Process Engineering of Electrochemical Functional Materials” at the University of Duisburg-Essen (UDE). Already, she has been appointed to the board of directors of the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ).

    Whilst nowadays nanoparticles can be produced in large quantities, there is still a lack of suitable processing methods for industrial production. In order to get closer to this aim, Segets first wants to clarify some basic issues: For example, by analyzing the properties of the particles she means to understand how they behave in contact with certain liquids. If she succeeds in distributing the particles evenly in the solvent, the result will be an ink that can be used to print structured, functional layers for numerous applications.

    At the UDE, Segets will be performing her research both at the NETZ and at The Hydrogen and Fuel Cell Center (ZBT). For her, a matter of particular interest will be the "linked facilities" in the NETZ: These laboratories are directly connected to the large synthesis plants for nanomaterials. "One of my objectives is to characterize the layers generated from the particles online", the 36-year-old explains. "Along with our colleagues from the synthesis department, we could understand and improve the entire process chain from the production of nanomaterials to the finished layer for batteries or fuel cells.”

    Before joining the UDE, Segets worked at the Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg. There, she studied “Chemical and Biological Engineering”, received her doctor’s degree in 2013 and subsequently was head of the "Nanoparticle Processing" working group as a postdoc. For the research that she performed here she was awarded the Friedrich Löffler Prize – one of the most important prizes for young engineers in particle technology. Over and above, between 2015 and 2018, she was also scientific coordinator of the Interdisciplinary Center for Functional Particle Systems.

    Her appointment to the board of directors reveals that she is already deeply involved in research at her new workplace. Here, she succeeds Dr. Ekaterina Nannen, who was appointed to a professorship at the Hochschule Niederrhein in autumn 2018.

    Segets' professorship is part of the national grant program for the promotion of young scientists (WISNA), which aims to offer young researchers a transparent and predictable path to a professorship for life. To date, 468 of these tenure-track professorships have been funded throughout Germany, 21 of them at the UDE.

     

    Further Information: Prof. Doris Segets, Process Technology for Electrochemical Functional Materials, +49 203 37-98230, doris.segets@uni-due.de

     

    Editor: Birte Vierjahn, +49 203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Success in lead market competition LifeSciences.NRW

    16th January 2019, Does gold increase the radiation effect?


    © Pixabay

    A research consortium will receive 810,000€ from the "LifeSciences.NRW" lead market competition to develop new approaches for treating children with brain tumours better in the future. The project is led by Prof. Dr. Beate Timmermann, Director of the Clinic for Particle Therapy at the Faculty of Medicine of the University of Duisburg-Essen (UDE) and Medical Director of the West German Proton Therapy Centre (WPE) at Essen University Hospital.

    If tumors are specifically irradiated with protons, surrounding healthy tissue can be spared. "This is particularly important for young children who need intensive treatment because of a brain tumour, but whose whole body is still growing," says Prof. Timmermann. The funds will be used to develop a new therapeutic approach (SYNGOPRO) in which proton radiation is combined with locally administered gold nanoparticles.

    "There are indications that gold nanoparticles increase the radiation effect. In this case, the healthy tissue could be spared if it were possible to specifically amplify the radiation where it is supposed to have an effect," says Materials Chain member Prof. Dr. Stephan Barcikowski from the Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE). Now it is important to transfer the promising results from the preliminary investigations into everyday clinical practice.

    "In order to optimise the effect of the tiny particles in the irradiation of tumours, we need good preclinical models, which we will develop in SYNGOPRO," explains Prof. Dr. Alexander Schramm, head of the Laboratory for Molecular Oncology." Dr. Stephan Tippelt, senior physician at the Children's Hospital III at the University Hospital in Essen and a specialist in brain tumours, confirms: "We want to find out whether and to what extent the particles intensify the irradiation effect."

    In the long term, it might then be possible to reduce the amount of radiation to a minimum, which would of course be even more tolerable for the children. Radiation always entails a certain risk of undesired side effects. If radiation therapy can be conducted with lower doses because the effect has been increased thanks to the corresponding nanoparticles, possible late effects from radiation can be avoided and the quality of life of the young patients can be improved.

    The project is also an important step towards the rapid transfer of new research results to everyday clinical practice. This is made possible by special expertise in all relevant disciplines, such as paediatric neurooncology, neurosurgery, neuropathology as well as radiation/proton therapy at the University Hospital Essen and in close cooperation with the scientific partners at the UDE.

    The project was funded by the European Regional Development Fund (ERDF).

    Further information:

    https://www.leitmarktagentur.nrw/aktuelles?cmd=showDetail&id=109

    Synergistic effects of gold nanoparticles and proton radiation in the treatment of childhood brain tumors, SYNGOPRO

    Editor: Christine Harrell, Faculty of Medicine, Tel. 0201/723-1615, christine.harrell@uk-essen.de

  • Turkish Science Award for Acet

    8th January 2019, Inverse magnetocaloric effect


    © TUBITAK

    Dr. Mehmet Acet has been awarded the most prestigious Turkish science prize for his "pioneering work on the inverse magnetocaloric effect".

    The physicist from the AG Farle (UDE) received the Special Award for his outstanding work on an international level, endowed with around 12,000 €, on December 26th in Ankara. The prize is awarded annually by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK).

    Further information: Dr. Mehmet Acet, 0203 37-92023, mehmet.acet@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, 0203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • The Chemistry is Right

    17th December 2018, UA Ruhr-Professorship: Joint Platform for Catalysis Research


    © UDE

    The University Alliance Ruhr (UA Ruhr) continues to grow together: Prof. Dr. Malte Behrens will teach and conduct research at the University of Duisburg-Essen (UDE) and at Ruhr-University Bochum (RUB) over the next four years as UA Ruhr Professor for Material Chemistry of Catalysts.

    The UDE chemist is already speaker of a joint Collaborative Research Centre (CRC) with RUB and now the fourth cross-location UA Ruhr professor. The Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) is funding the project with one million euros.

    Catalysts enable chemical reactions to be carried out more efficiently: For example, they enable environmental pollutants to be broken down more quickly or chemical products to be produced in a more resource-efficient way. Prof. Behrens: "They play an important role as 'marriage mediators' between molecules that without them would either not find each other at all or would only find each other very slowly." However, it is still relatively unexplored how the surface of metal oxides changes. They are economically very important, for example for the production of basic and specialty chemicals.

    The aim of the UA Ruhr professorship is therefore to develop, investigate and understand new catalysts for such oxidation reactions. This topic forms a relevant interface between materials science and chemistry: "For a better understanding of the complex chemical basics, an interdisciplinary approach is required that combines inorganic, physical and technical chemistry as well as aspects of physics and engineering sciences," says Prof. Behrens.

    This interdisciplinary cooperation is already being implemented in the joint CRC "Oxidation Catalysis in the Liquid Phase". It brings together 23 research groups with the participation of the Max-Planck-Institutes in Mülheim and the Fritz-Haber-Institute in Berlin. The projects of the new UA Ruhr Professorship are a targeted extension of this collaborative research. Additionally, the UA Ruhr flagship program Materials Chain and the UDE research centres Center for Nanointegration (CENIDE) and Center for Water and Environmental Research (ZWU) will also benefit from this.

    Prof. Behrens: "Because catalysts can change significantly under reaction conditions, we will focus primarily on Raman spectroscopy under the umbrella of the UA Ruhr Professorship in order to decipher the function of the catalysts during operation. To this end, we are setting up a special spectroscopy laboratory at Ruhr-University Bochum, new synthesis and catalyst laboratories at the NanoEnergieTechnikZentrum NETZ of the UDE and a laboratory for photocatalysis in aqueous solutions at the future Future Water Campus of the UDE."

    Further information:
    http://www.uaruhr.de/forschung/
    https://www.uni-due.de/2018-05-18-neuer-sfb-katalyse
    https://www.uni-due.de/2018-04-23-future-water-campus

     

    The University Alliance Ruhr
    Since 2007, the three universities in the Ruhr Area have been working closely together strategically under the umbrella of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr). By joining forces, the services of the partner universities are systematically expanded. Under the motto "better together", there are now more than 100 cooperations in research, teaching and administration. With more than 120,000 students and almost 1,300 professors, the UA Ruhr is one of Germany's largest and most efficient science locations.

    Further information: http://www.uaruhr.de/

     

    Mercator Research Center Ruhr
    Founded in 2010, the Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) promotes cooperation between the Ruhr-University Bochum, the TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen, which have been affiliated in the University Alliance Ruhr (UA Ruhr) since 2007. With its programme lines, MERCUR supports scientists, institutes, faculties and the administrations of the three universities in networking across universities, especially in research, but also in teaching and university management. In addition, MERCUR initiates projects in the region with the aim of improving the framework conditions for science in the Ruhr Area and promoting its exchange with industry and politics.

    Further information: http://www.mercur-research.de

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Developing a Platform for Research on Catalysis

    17th December 2018, CRC TRR 247 successfully started


    During the kick-off meeting of the Collaborative Research Centre / Transregio (CRC TRR) 247 on December 4th and 5th at the NanoEnergieTechnikZentrum NETZ, the scientists were already willing to dig in: 74 researchers – from group leaders to young scientists – presented their first results on different catalytic material systems.

    The interdisciplinary cooperation in the joint CRC TRR "Oxidation Catalysis in the Liquid Phase" at the University of Duisburg-Essen (UDE) and the Ruhr-University Bochum (RUB) is a decisive factor for success. The CRC TRR 247 brings together 23 research groups, among them the Max Planck Institutes in Mülheim and the Fritz Haber Institute in Berlin. The scientists want to fundamentally understand oxidation catalysis – both its reaction mechanisms and the structure of the catalytically active centres. The projects of the associated new UA Ruhr professorship are a concerted extension of this collaborative research. The UA Ruhr flagship program Materials Chain and the UDE research centres Center for Nanointegration (CENIDE) and Center for Water and Environmental Research (ZWU) will also benefit from this.

    "Since catalysts can change significantly under reaction conditions, under the umbrella of the UA Ruhr professorship we will focus primarily on Raman spectroscopy in order to decipher the function of the catalysts during operation. To this end, we are setting up a special spectroscopy laboratory at the RUB, new synthesis and catalyst laboratories at the NanoEnergieTechnikZentrum NETZ of the UDE and a laboratory for photocatalysis in aqueous solutions at the projected Future Water Campus of the UDE”, explains Prof. Malte Behrens, who will hold the UA Ruhr professorship for Materials Chemistry of Catalysts at the UDE and the RUB for the next four years.

    During the kick-off meeting, it quickly became clear that networking among the subprojects and between theorists and practitioners is working well: Every 15-minute presentation of each subproject was followed by an equally long and fruitful discussion.

    The next joint workshop of the CRC TRR 247 will take place in September 2019.

    Further information: Dr. Franziska Günther, 0203 37-98171, info@sfbtrr247.uni-due.de

    https://www.uni-due.de/sfbtrr247/

  • Chemistry in Clouds

    7th December 2018, How Ice Particles Promote the Formation of Radicals


    © RUB/Marquard

    The production of chlorofluorocarbons, which damage the ozone layer, has been banned as far as possible. However, other substances can also tear holes in the ozone layer in connection with ice particles such as those found in clouds. Researchers at the Ruhr-University Bochum, the University of Duisburg-Essen and the Friedrich Alexander University Erlangen-Nuremberg have uncovered a possible mechanism for this. They describe it in the journal "Physical Review Letters" of 13 November 2018.

    The work was based on many years of cooperation between the Bochum, Duisburg-Essen and Erlangen-Nuremberg teams led by Prof. Dr. Karina Morgenstern, Dr. Cord Bertram, Prof. Dr. Uwe Bovensiepen and Prof. Dr. Michel Bockstedte, which is currently being continued within the framework of the Ruhr Explores Solvation (Resolv) excellence cluster.

    Organic molecules are deposited in ice particles

    Chemical processes can significantly influence the weather, the climate and the composition of the atmosphere. Cosmic rays or UV light provide the energy to split chemical compounds. In the case of bromine, chlorine or fluorine compounds, radicals, i.e. particularly reactive molecules, are formed. These attack the ozone molecules and can trigger chain reactions in the ozone layer. An earlier laboratory study had shown that ice particles with a silver core can promote such reactions. The team investigated the mechanism behind this in the current study.

    In the laboratory, the scientists produced tiny ice particles and analysed how certain compounds containing chlorine or bromine interacted with them. They condensed the ice particles onto copper. In nature, mineral dust particles form condensation nuclei for the ice particles.

    Using microscopic and spectroscopic methods, they observed that the molecules preferentially attached themselves to defects in the ice structure. The surrounding water molecules of the ice structure then reoriented themselves; they hydrogenated the molecules. This in turn made it easier to ionize the molecules in the experiment.

    UV radiation generates radicals

    The researchers irradiated the ice crystals with the attached molecules with UV light, which excited electrons in the ice particles in the vicinity of the molecules. These excited electrons ionized the chlorine and bromobenzene molecules. Through ionization, the molecules disintegrated into organic residues and highly reactive chlorine and bromine radicals.

    "The mechanism could explain what happens when UV light hits mineral-contaminated ice," says Cord Bertram. "Thus, our results could help to understand the fundamental processes behind phenomena such as ozone holes.

    The work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft within the framework of the Cluster of Excellence Resolv (EXC1069) and the projects BO1841/3-1, BO1823/5-1 and MO960/18-1. Computer simulations were carried out at the Forschungszentrum Jülich and at the HPC cluster of the regional computer centre Erlangen of the Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg.

    The University Alliance Ruhr

    Since 2007, the three Ruhr universities have been working closely together strategically under the umbrella of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr). By joining forces, the services of the partner universities are systematically expanded. Under the motto "better together", there are now more than 100 cooperations in research, teaching and administration. With more than 120,000 students and almost 1,300 professors, the UA Ruhr is one of Germany's largest and most efficient science locations.

    Original publication

    Philipp Auburger, Ishita Kemeny, Cord Bertram, Manuel Ligges, Michel Bockstedte, Uwe Bovensiepen, Karina Morgenstern: Microscopic insight into electron-induced dissociation of aromatic molecules on ice, in: Physical Review Letters, 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.206001

    https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206001

    Further information:

    Prof. Dr. Karina Morgenstern, Chair of Physical Chemistry I, Faculty of Chemistry and Biochemistry, Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-25283, karina.morgenstern@rub.de

    Dr. Cord Bertram, Experimental Physics: Ultrafast Dynamics at Interfaces, Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen, Tel. 0203/379-4568, cord.bertram@uni-due.de

  • Chemo with Less Poison

    4th December 2018, Humboldt Scholar in Organic Chemistry


    © privat

    Dr. Suman Kumar Maity (31) is working on new organic-chemical compounds that are used in chemotherapy. The Humboldt Fellow is currently a guest of Prof. Dr. Carsten Schmuck in Organic Chemistry at the University of Duisburg-Essen (UDE).

    Over the next two years, the scientist from Calcutta will focus on the development of self-organizing amino acids (peptides). They are only intended to attack tumour cells and overcome their cell walls. "The compound is slowly cleaved in order to better distribute the drug in the cell. This in turn increases the effect of chemotherapy," says Maity. At the same time, the toxic substances are reduced so that the cell-damaging substances are better tolerated.

    Dr. Maity feels in good hands with Prof. Schmuck. Here, Dr. Maity is able to investigate the self-organising peptides in biological contexts. His research spectrum at the University of Calcutta is extensive, where he also deals with functional materials such as halogen ribbons or different light sources.

     

    Further Information:
    Dr. Suman Kumar Maity, sumankrmaity@gmail.com  
    Prof. Dr. Carsten Schmuck, Fakultät für Chemie, Tel. 0201/183-3097, carsten.schmuck@uni-due.de

    Editor: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • Expanding the Network

    23rd November 2018, Materials Chain at the 8th NRW Nano Conference


    © CENIDE

    The 8th NRW Nano Conference took place on November 21 and 22 in the Congress Centre of the Westfalenhallen Dortmund. At its stand, Materials Chain displayed colorful nanoparticles, dazzling artificial opals and smooth-running rotors – only a few examples of its broad range of research.

    This year's topic of the NRW Nano Conference, innovations in materials and applications, exactly matched the core competence of the UA Ruhr flagship program Materials Chain, which connects the material science departments of the three Ruhr universities. In order to demonstrate this union, the Materials Chain members of the Ruhr-Universität Bochum, the TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen organized a joint exhibition stand that showcased the broad range of materials sciences. The exhibits came from a variety of departments and varied from nanotechnology to various coating techniques to steel construction. These hands-on examples often led to fruitful conversations: For example, the replica of a screw rotor compressor whose screws, coated with tungsten carbide carbon, can be turned very smoothly, quickly brought the conference visitors into conversation with the coordinators of the profile focus. The vivid interest in the topics of the Materials Chain as well as the following exchange of contact information should lead to future cooperation and can be considered an indicator for a very positive conclusion of the event. Groups of students were particularly attracted by the colourful nanoparticles in colloidal form as well as by natural objects such as the dazzling Haliotis, which are a bionic model for research. Their curiosity and interest in general suggests, that the Materials Chain will continue to grow thanks to the next generation of young scientists.

    Editor: Alexander Heinemann, 0203 379-8180, alexander.heinemann@uni-due.de

    http://nanoconference.de/de/

  • Nano Great for Tumor Research

    20th November 2018, Prof. Dr. Karsten Seidl is new at the UDE


    © UDE

    Dr. Karsten Seidl (36) is the new head of the Micro- and Nanosystems Department at the Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems (IMS). He has accepted the professorship of the same name for medical technology at the Faculty of Engineering at the University of Duisburg-Essen (UDE).

    His research focuses on the smallest intelligent implants for the eye, brain and heart. These include so-called bio-sensor systems that check how the organs work and when they need to be supported. A further focus is bio-nanosensor technology, with which the DNA of cancer cells can be analysed and individual therapies implemented.

    Prof. Seidl: "As a UDE professor, I also head a department at the Fraunhofer Institute in Duisburg, which offers great opportunities to advance the research of new technologies and systems to application maturity. In this way, small and medium-sized companies in the region can also benefit from our innovations." Another of Prof. Seidl's goals is to expand the Bachelor's and Master's courses in medical technology.

    He knows his way around (bio)medical technology: For his diploma (2004/05) at Johns Hopkins University, USA, Seidl developed a sensor that measures the penetration depth of surgical needles in prostate cancer operations. He received his doctorate at the University of Freiburg with an excellent thesis on neuroimplants (2006 to 2011), which measure brain signals and release drugs where they are needed in the body. Starting in 2012, as a project manager in industry, he developed molecular diagnostic systems (lab-on-chip) with which the smallest amounts of fluids can be analysed completely and automatically.

    Further information:

    Prof. Dr.-Ing. Karsten Seidl, karsten.seidl@uni-due.de

    Editor: Dr. Alexandra Nießen

  • How a Crystal Dissolves in Water

    20th November 2018, Chemistry


    © RUB Marquard

    So far, there has been no method to investigate the influence of the particles. First results with a new method show that the particles behave differently than expected.


    Silver particles have an antibacterial and anti-inflammatory effect. For this reason, they are now widely used, for example as coatings for wound dressings, as odor inhibitors in sportswear or in food packaging. From there they are regularly released into the environment. "When sportswear is washed, 50 percent of the silver particles contained in it dissolve in water per wash," says Prof. Dr. Kristina Tschulik, a chemist in the Ruhr Explores Solvation Excellence Cluster at the RUB. "Ultimately, they land in the sea. What happens to them there is still largely unknown.
    This is because the tiny particles, which are only a few nanometres in size, are difficult to examine - especially when they are present in low concentrations in a complicated environment such as seawater. "There are many sources of disturbance here, such as salts or algae," explains Tschulik. Conventional methods for the analysis of nanoparticles cannot cope with this because they usually work in a high vacuum.


    Anti-breath odour spray under test


    Kristina Tschulik's research group for electrochemistry and nanoscale materials has developed a new process that changes this. It can detect individual nanoparticles in solution and analyse what happens to them there. For this purpose, the scientists combined a previously established electrochemical process with a spectroscopic method.
    In a first step, the researchers demonstrated that the method is robust against sources of interference by taking water samples from an untouched Canadian fjord. Although this water contained salts, algae and other disturbing factors, it did not contain any industrial impurities.
    They bought a silver nanoparticle spray on the Internet, which was offered for the disinfection of cutlery and as a remedy for bad breath in dogs. They sprayed it into the fjord water and examined with the electrochemical method whether they could detect the particles. This succeeded.
    Using the combined spectro-electrochemical method, they analysed in further studies what happens to silver particles in saline water. Previously, it was assumed that the particles were dissolved as silver ions in water.
    Clumping of particles
    This assumption was not confirmed; instead, the particles clumped and reacted to silver chloride. "So they would probably sink to the ground and sediment," concludes Tschulik. "They would then be removed from the seawater, but one would have to consider what long-term consequences these heavy metal deposits could have for sea dwellers living near the bottom.
    Because there was no previous method for studying nanoparticles in natural environments, little is known about their impact on the environment. "Based on such a single result, one should not panic," says Kristina Tschulik, recalling that different nanoparticles can behave very differently - so one cannot draw conclusions about all nanoparticles from a few studies. But: "The more we use nanoparticles, the more important it is for us to be able to assess their effects," adds the researcher.


    No obligation to monitor so far


    With the Tschuliks group' method this would be possible - not only in sea water, but also, for example, in the process waste water of industrial companies. "As long as there are no established measurement methods and consequently no legal obligation to detect such particles, the companies will of course not do so", Tschulik knows. Should the legislator introduce such a control obligation, the basis for the construction of suitable sensors is now available.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

  • Low-Cost Catalyst for CO2 Recycling

    16th November 2018, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Actually, it is a catalyst for hydrogen production. But with a few tricks it can also take on other tasks.


    If carbon dioxide could be converted into raw materials for the chemical industry, it would have killed two birds with one stone: keeping the climate-damaging gas out of the atmosphere and producing raw materials. The mineral pentlandite could help, as RUB researchers report with colleagues from Berlin and Fraunhofer Umsicht in the journal "Chemical Science" of November 5, 2018.
    Until now, pentlandite was known as a catalyst for hydrogen production. However, scientists led by Dr. Ulf-Peter Apfel from the Chair of Inorganic Chemistry I converted it into a catalyst for CO2 recycling. They converted carbon dioxide into carbon monoxide, which is a common raw material for the chemical industry.


    Solvents decisive


    The decisive factor was the choice of a suitable solvent. Depending on the water content, the reaction produced either hydrogen or carbon monoxide. By precisely adjusting the water content, the researchers were also able to produce mixtures of carbon monoxide and hydrogen. "Such synthesis gas mixtures are of great importance in the chemical industry," explains Ulf-Peter Apfel.


    Stable catalyst


    Pentlandite consists of iron, nickel and sulphur and resembles some naturally occurring catalytically active enzyme centres. "A major advantage of this mineral is that it is relatively stable to other chemical compounds found in industrial exhaust streams and acts as a poison for many catalysts," explains Apfel.

    Editor: Julia Weiler, Julia.weiler@uv.rub.de 

  • From all over the world to the Ruhr

    15th November 2018, 2nd Materials Chain International Conference


    © Materials Chain

    For the second time, the Materials Chain International Conference (MCIC) was organized by the correspondent flagship program of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr). This year it took place in Bochum from November 12 to 14. About 200 international scientists gathered at the second MCIC to discuss their latest results and to network with high-ranking invited speakers from other renowned institutes such as Oxford, Berkeley or Harvard. Apart from gaining more insight into the broad field of materials science during the 42 lectures, the poster session with more than 80 exhibitors gave young materials scientists adequate space to present their research and to establish new contacts for future collaborations. The wide range of topics allowed even established scientists to think outside the box in a relaxed setting and to learn about latest highlights from other research areas first-hand.

    The MCIC 2018 highlighted recent trends in materials science and production technology by giving insight into current top-class research and future prospects in this area. It provided a platform for connecting materials research across borders and boundaries – covering the entire materials chain from basic research on materials to applied technologies and from the fundamental description of materials on the atomic scale to the properties of technical components and their manufacturing.

    Key research topics addressed by MCIC 2018 comprised Materials Discovery, Functional Materials and Coatings, Materials for Energy Conversion, Martensitic Transformations, Computational Materials Design, Electronic and Atomistic Simulations, Micromechanical Modelling, Characterizing and Understanding Complex Structures, Microscopy from Atoms to Microstructure, Catalysis and Electrochemistry, and Enhanced Processing.

    Like the first Materials Chain International Conference in 2016, MCIC 2018 was jointly organized by Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen. The conference aims to offer a platform for cross-location exchange for the 230 research groups involved in the UA Ruhr flagship program Materials Chain in order to strengthen the role of each member and their research topics.

    Editors: Pia Aleithe 0234/3229919, pia.aleithe@rub.de; Alexander Heinemann, 0203/3798180, alexander.heinemann@uni-due.de

    http://materials-chain.com/news-events/conferences/mcic-2018/

  • Research across all boarders

    15th November 2018, Explore Materials Chain


    © UA Ruhr

    The idea of the EXMAC (Explore Materials Chain) concept, which received an award from the DFG in 2017, was successfully transferred into practice in 2018. From October 27 to November 14, 23 UA Ruhr junior scientists performing research in materials science invited 23 international postdocs to the Ruhr Area. Scientists from 12 different countries accepted the invitation to jointly develop and explore ideas for cooperation over a period of two weeks.

    For the first time, 46 researchers from Stanford, Oxford, Massachusetts Institute of Technology or National University of Science and Technology – to name just a few – were given the opportunity to work on projects in tandems and to exchange ideas with other program participants to encourage the establishment of their own international networks.

    The first meeting took place in the evening on October 28 in Bochum. In a workshop, right at the beginning, the participants were specifically prepared to write joint funding applications. The second week focused on research exchange between hosts and participants. Both sides gained new insights during their discussions. Besides science, the international guests explored the Ruhr Area individually and within their group. They visited the Ruhr Museum in Essen to get an impression on the regional history and the development of the Ruhr area. The EXMAC stay ended on November 9th with a farewell dinner in Essen. Hosts and participants shared their impressions on the program as well as outlooks on their joint projects they had initiated during the two weeks. Most of the guests also took the opportunity to present their own ongoing projects at MCIC 2018 before travelling home.

    Editor: Alexander Heinemann, Tel. 0203/ 379-8180, alexander.heinemann@uni-due.de

    http://www.explore-ruhr.de/

  • Next Step on the Way to an Efficient Biofuel Cell

    14th November 2018, Chemistry


    © RUB, Marquard

    Researchers have combined two concepts that make the system as efficient as precious metal catalysts.

    Fuel cells that work with the enzyme hydrogenase are in principle just as efficient as those that contain the expensive precious metal platinum as a catalyst. However, the enzymes need an aqueous environment, which makes it difficult for the starting material for the reaction - hydrogen - to reach the enzyme-loaded electrode. Researchers solved this problem by combining previously developed concepts for packaging the enzymes with gas diffusion electrode technology. The system developed in this way achieved significantly higher current densities than previously achieved with hydrogenase fuel cells.

    In the journal "Nature Communications", a team from the Centre for Electrochemistry at the RUB, together with colleagues from the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr and the University of Lisbon, describes how they developed and tested the electrodes. The article was published on November 9, 2018.
    Since the enzyme hydrogenase becomes unstable when it comes into contact with oxygen, the Bochum researchers have developed a polymer in recent years in which they can embed the hydrogenases and protect them from oxygen. However, they had previously only tested it on flat electrodes. In the current study, they showed that it also works when applied to a porous three-dimensional structure such as gas diffusion electrodes.

    It was also initially unclear whether the electrodes coated in this way would still be gas-permeable - the researchers were also able to answer this question with Yes after their tests.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

     

  • Winner of the Dannie Heineman prize

    12th November 2018, Materials Chain Member Jun.-Prof. André Gröschel


    Jun.-Prof. André Gröschel © UDE/Frank Preuß

    The Materials Chain member André Gröschel was awarded the renowned Dannie Heineman Prize of the Göttingen Academy of Sciences.

    He receives the prize for his work on self-organization processes of colloids and hybrid nanoparticles, in particular on the controlled production of novel structures from well-defined macromolecular building blocks.

    The Academy has awarded the prize every two years since 1961. It is not publicly announced. The examination board of the academy proposes the candidates to the plenum.

    About the person: Jun.-Prof. André Gröschel: https://www.uni-due.de/chemie/groeschel-lab/

    Editor: Ulrike Eichweber, 0203 379-2461, webredaktion@uni-due.de

  • Transparent Silver Layers

    12th November 2018, Chemistry


    © RUB, Marquard

    The layers could make solar cells and light-emitting diodes more efficient. But their production is difficult.

    Wafer-thin transparent silver layers could help to produce more efficient solar cells and light-emitting diodes. However, conventional chemical processes have not yet been able to produce particularly thin and pure silver layers. Together with colleagues from Wuppertal, the RUB team led by Prof. Dr. Anjana Devi and Nils Boysen has developed a new manufacturing process that the group describes in the journal "Angewandte Chemie" (Applied Chemistry), published online in advance on September 27, 2018.
    New chemical precursor

    "The preliminary stages for the deposition of ultra-thin silver layers are extremely sensitive to air and light," explains Nils Boysen. Although they can be stabilized with fluorine, phosphorus or oxygen, these elements contaminate the thin film and the production equipment.

    The scientists have now developed a chemical silver precursor that does not require stabilization with fluorine, phosphorus or oxygen. They showed that the new precursor can be used to apply silver layers of only a few atomic thicknesses to an electrode. Because the silver film is so thin, it is transparent.

    "Since the process works at atmospheric pressure and low temperatures, the conditions for industrial production would be favorable," says Anjana Devi.

    Editor: Julia Weiler julia.weiler@uv.rub.de

  • From Material Synthesis to Production

    30th October 2018, International Conference


    What will the materials of the future look like and what technologies will be used to manufacture the products made from them? The second international conference of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr) flagship programme Materials Chain provides answers and insights.

    Date

    The Materials Chain International Conference - MCIC - will take place from 12 to 14 November 2018 in the event centre of the Ruhr-Universität Bochum (Mensa building, level 04). The media are very welcome. Registration deadline for conference participants is 8 November. The programme and further information on MCIC 2018 can be found on the Internet at: www.materials-chain.ruhr/mcic-2018

    The thematic orientation of the conference ranges from basic research to technological aspects and application-related questions. Current trends in materials science and production technologies will be presented. The focus will be on the central challenges in the fields of energy and communication technology and mobility - for example quantum information materials and high-temperature materials for improved energy efficiency, new battery materials and thermoelectrics. These are materials that convert heat into electricity.

    High-ranking experts are expected - among others from Oxford, Harvard and the Technical University of Denmark in Copenhagen. The large international participation shows the worldwide visibility and recognition of the UA-Ruhr profile focus Materials Chain, which was founded three years ago.

    Materials Chain

    The Materials Chain profile focus combines the know-how of more than 250 research groups in the Ruhr region, including internationally renowned experts and highly qualified young scientists. The Ruhr University Bochum, the Technical University Dortmund, the University of Duisburg-Essen and their partners combine a multitude of research competencies - from characterization in atomic resolution to component production.

    The University Alliance Ruhr

    Since 2007, the three Ruhr universities have been working closely together strategically under the umbrella of the UA Ruhr. By bundling forces, the services of the partner universities are systematically expanded. Under the motto "better together" there are now more than 100 cooperations in research, teaching and administration. With more than 120,000 students and almost 1,300 professors, the UA Ruhr is one of Germany's largest and most efficient science locations.

    Press contact

    Pia Aleithe
    Materials Chain Coordination Office
    Tel.: 0234 32 29919
    E-Mail: mc@uaruhr.de

  • Gasphasensynthese funktionaler Nanomaterialien

    11th October 2018, Internationales Symposium


    © CENIDE

    Wie können komplexe funktionale Nanomaterialien möglichst energieeffizient und in industrierelevanten Mengen hergestellt und angewendet werden? Darüber diskutierten kürzlich rund 100 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie während des 3. Internationalen Symposiums „Gas-phase Synthesis of Functional Nanomaterials: Fundamental Understanding, Modeling and Simulation, Scale-up and Application“ am Campus Duisburg.

    Sie kamen aus China, Israel, der Türkei, Schweiz, Großbritannien, Finnland, den USA und sogar aus Australien angereist: Zahlreiche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Gäste aus der Industrie tauschten sich im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) vom 25. bis 26. September 2018 über aktuelle Forschungsergebnisse aus. Neben einer Poster Session wurde allen Interessierten zudem eine ausgiebige Laborführung angeboten, bei der ausgewählte Vortragsinhalte nochmals vertieft wurden.

    Organisiert wurde das Symposium vom DFG-geförderten Schwerpunktprogramm SPP1980 „Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse“ sowie der ebenfalls von der DFG geförderten Forschungsgruppe FOR2284 „Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel“.

    Weitere Informationen: www.uni-due.de/cenide/symposium_synthesis_2018.php


    Redaktion: Steffi Nickol, Tel. 0203/379–8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Materials for 3D Printing

    11th October 2018, 5th RUHR Symposium with Daimler and Bugatti


    5. RUHR-Symposium 2018 © CAR/CENIDE, Foto: Jan Schürmann

    3D printing has arrived in the serial production of components - especially laser-based technologies, whether selective laser sintering or laser melting. The production technology is still far ahead of material development. Around 160 experts from science and industry therefore discussed "Functional materials for additive manufacturing" on 10 October on the occasion of the 5th RUHR Symposium on the Duisburg campus.

    New printable materials open up new possibilities in the design, prototype and serial processes to be faster and cheaper on the market and considerably expand the spectrum of additive manufacturing. The congress therefore offered leading representatives from industry and science a joint platform for exchanging information on optimized materials made of polymers, metals and composites as well as aspects of powder production and component properties in 3D printing processes.

    Keynote speakers included Dr. Thomas Behr, Head of Rohbau-Engineering at Daimler AG, Frank Götzke, Head of New Technologies at Bugatti Engineering GmbH, Dr. Ulrich Küsthardt, CIO of Evonik AG, Prof. Reinhart Poprawe, member of the Executive Board of the Fraunhofer-Gesellschaft, and Prof. Dierk Raabe, Chief Executive of the Max Planck Institute for Iron Research. They discussed with invited experts from Siemens, EOS, Heraeus, thyssenkrupp, the University of Bremen and the HRL Laboratories of Boeing and General Motors.

    Since 2014, the Center for Nanointegration (CENIDE) and the Center Automotive Research (CAR) of the University of Duisburg-Essen have been organizing this annual series of events, which is always full of top-class participants. The focus is always on functional materials, which are considered against the background of different disciplines and areas of application.

    Further information and impressions: www.ruhr-symposium.de  


    Editor: Steffi Nickol, Tel. 0203/ 379–8177, steffi.nickol@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1271

  • Gas Phase Synthesis of Functional Nanomaterials

    11th October 2018, International Symposium


    © CENIDE

    How can complex functional nanomaterials be produced and applied as energy-efficiently as possible and in industry-relevant quantities? About 100 experts from science and industry recently discussed this topic during the 3rd International Symposium "Gas-phase Synthesis of Functional Nanomaterials: Fundamental Understanding, Modeling and Simulation, Scale-up and Application" at the Duisburg Campus.

    They came from China, Israel, Turkey, Switzerland, Great Britain, Finland, the USA and even Australia: Numerous scientists and guests from industry came to the NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) from 25 to 26 September 2018 to discuss current research results. In addition to a poster session, an extensive laboratory tour was offered to all interested parties, during which selected lecture contents were further deepened.

    The symposium was organised by the DFG-funded focus programme SPP1980 "Nanoparticle synthesis in spray flames SpraySyn: measurement, simulation, processes" and the DFG-funded research group FOR2284 "Model-based scalable gas phase synthesis of complex nanoparticles".

    Further information: www.uni-due.de/cenide/symposium_synthesis_2018.php


    Editor: Steffi Nickol, Tel. 0203/379–8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Firmer, Faster and more Accurate

    10th October 2018, Sparkasse Awards Three Innovation Prizes to UDE Engineers


    The Sparkasse am Niederrhein is more than just a showcase for the University of Duisburg-Essen (UDE) in the left Lower Rhine region, as it actively promotes scientific research by young engineers. On the recommendation of the Förderverein Ingenieurwissenschaften, Dr. Lisa Scheunemann, Dr. Yuan Gao and Max Frei from the field of nanostructure technology were awarded the Innovation Prize.

    Experts praise the practical relevance of Dr. Lisa Scheunemann's doctoral thesis, which she wrote at the Institute for Mechanics of Building Sciences at the University of Duisburg-Essen (UDE). The scientist developed an improved method for calculating the material strength of high-strength steels. The Sparkasse am Niederrhein awarded her an engineering innovation prize worth 2500 euros. Two further prizes went to Dr. Yuan Gao and Max Frei. "The Innovation Prizes are part of our regional promotion of science and business," says CEO Giovanni Malaponti.

    Dr. Yuan Gao investigated how the performance of multi-antenna systems can be increased. "This is an essential prerequisite for the fifth generation (5G) of cellular mobile radio systems," says Prof. Dr. Thomas Kaiser, who supervised Dr. Gao's dissertation in the field of digital signal processing. Dr. Gao now works for the world's largest microchip manufacturer Qualcomm in San Diego.

    The third prizewinner is Max Frei. In his master's thesis, he used neuronal networks to evaluate tiny, branched particle clusters on electron microscopic images. "His method uses artificial intelligence to identify minute particles very precisely and efficiently from complex structures," says Professor Dr. Frank Einar Kruis from the Nanostructure Technology Department at UDE and a Materials Chain member. Max Frei received 1500 euros in prize money.

    Editor: Holger Schmitz, Sparkasse am Niederrhein, Tel. 02841 / 206-2385, holger.schmitz@sparkassen-kurier.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1268

  • Young talents award for Napat Vajragupta

    8th October 2018, German Materials Society (DGM) honours young researcher


    Prof Alexander Hartmaier, Dr. Napat Vajragupta and Prof Wolfgang Bleck during the award ceremony.
    Napat Vajragupta from the Interdiscipinary Center for Advanced Materials Simulation (ICAMS) at Ruhr-Universität Bochum has been awarded the Prize for Young Talents (DGM-Nachwuchspreis) from the German Materials Society (DGM) for his work in the field of micromechanical modelling of dual phase steels. The DGM Prize for Young Talent is dedicated to PhD students and post docs, who are working on a research subject in the field of materials science and show excellent scientific achievements from their previous and current results.

    https://www.dgm.de/dgm/ehrungen/dgm-nachwuchspreis/

  • Materials for 3D Printing

    25th September 2018, 5. RUHR-Symposium with Daimler and Bugatti


    © Gökce Group/UDE

    3D printing ("additive manufacturing") has arrived in the serial production of components - especially laser-based technologies, whether selective laser sintering or laser melting. However, functional materials must also be developed. They will be the focus of the 5th RUHR Symposium at the University of Duisburg-Essen (UDE) on 10 October. The event will take place at the Fraunhofer inHaus Center on the Duisburg campus.

    New printable materials open up new possibilities in the design, prototype and series processes to be faster and cheaper on the market and considerably expand the spectrum of additive manufacturing. The congress offers around 200 leading representatives from industry and science a joint platform for the exchange of information on optimized materials made of polymers, metals and composites as well as aspects of powder production and properties of components in 3D printing processes.

    Keynote speakers include Dr. Thomas Behr, Head of Rohbau-Engineering at Daimler AG, Frank Götzke, Head of New Technologies at Bugatti Engineering GmbH, Dr. Ulrich Küsthardt, CIO of Evonik AG, Prof. Reinhart Poprawe, Member of the Executive Board of the Fraunhofer-Gesellschaft, and Prof. Dierk Raabe, Chief Executive of the Max Planck Institute for Iron Research GmbH. Invited experts from Siemens, EOS, Heraeus, thyssenkrupp, the University of Bremen and the HRL Laboratories of Boeing and General Motors will discuss with them, among others. Organizers are the Center for Nanointegration (CENIDE) and the Center Automotive Research (CAR) of the University of Duisburg-Essen.

    Further information and registration: www.ruhr-symposium.de 
    Jan Wortberg, Tel. 0203/306 12 47, jan.wortberg@ds-automotive.de


    Editor: Steffi Nickol, Tel. 0203/379–8177, steffi.nickol@uni-due.de, www.cenide.de

    https://www.uni-due.de/~hx0063/news/web/news/edit/1265

  • Custom-made Nanoparticles

    20th September 2018, Extension of DFG Research Group at UDE


    Syntheseanlage im NETZ © CENIDE

    Whether medical diagnostics, battery storage, electrocatalysis or printable electronics: functional materials made of inorganic nanoparticles have great application potential. However, only if the manufacturing processes are sufficiently understood and can also be scaled. Since 2015, Prof. Christof Schulz's research group FOR 2284 at the University of Duisburg-Essen (UDE) has been working on the development of systematic design rules for the targeted production of complex nanoparticles in the gas phase. The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) is now funding this project for a further three years.

    Targeted changes in the nanometer range allow materials to be controlled in terms of optical, electrical, catalytic and magnetic properties, depending on the desired application. It is not only the wide range of chemical compositions that is important. In particular, the size of the structure opens up a new dimension for generating unusual material properties. "It is important to be able to produce these functional materials specifically to measure and to know according to which rules the highly specific production is certain to succeed," explains Prof. Schulz from the Institute of Combustion and Gas Dynamics at the UDE. Modular processes, in some cases combined with each other, will be used to produce one-, two- or even three-dimensional nanostructures based on iron and silicon.

    However, the various material systems have to fulfil certain requirements in order to be able to produce complex nanostructures and use their special functions. For example, with regard to the composition of the particle shell or the permanent electrical connection. "On the basis of previous work, it has been possible, for example, to develop a new production process for silicon nanoparticles in cooperation with industrial partners and to integrate these into suitable structures for use in lithium-ion batteries," says a pleased Schulz, head of the research group. The scientists benefit from an exceptionally good infrastructure through the NanoEnergieTechnikZentrum NETZ and the DFG Equipment Center ICAN at the University of Duisburg-Essen.

    Nine projects of the FOR 2284 "Model-based scalable gas phase synthesis of complex nanoparticles" are in progress at the Institute for Combustion and Gas Dynamics (IVG) and in electrical engineering at the University of Duisburg-Essen as well as at the Institute for Energy and Environmental Technology. (IUTA). In addition, three international researchers are involved: Igor Rahinov from the Open University of Israel, Stephen Tse from Rutgers University in New Jersey, USA, and Kyle Daun from Waterloo University in Ontario, Canada. As a Mercator Fellow, they will spend several months in Duisburg.

    Further information: https://www.uni-due.de/for2284/


    Editor: Steffi Nickol, Tel. 0203/379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1263

  • Killing Germs with Nano Guided Missiles

    17th September 2018, UDE/MHH Project: New Hope when Antibiotics Fail


    © Sasha Ediger, Stephan Barcikowski

    Where antibiotics fail, nano guided missiles could in future help to combat multi-drug resistant organisms (MRDO). Scientists at the University of Duisburg-Essen (UDE) and Hannover Medical School are currently investigating this idea. Together with a leading US expert, they are working on steering missiles that are a millionth of a millimeter in size and transport antimicrobial silver unerringly in order to bring MRE down on site.

    In German hospitals, MRDOs cause thousands of complications every year, some of which are life-threatening. For example, anyone who becomes infected after an implantation is usually immune to the usual antibiotics. The new research project could help.

    Project manager Prof. Dr. Stephan Barcikowski of the Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE): "Drugs equipped with nano guided missiles have the great advantage that they can release silver ions on the spot and thus destroy the bacteria. It is important that nanosilver is placed precisely in the right place so that no tissue cells are damaged. That is why it does not help to simply swallow nanosilver.

    In future, nano guided missiles will be used for the targeted impact. They have a nanoparticle core ("warhead") with functional molecules ("steering system") that find and destroy the harmful germs. Prof. Barcikowski: "It remains challenging to construct the nanoparticle nuclei in such a way that they dissolve at the right time and in the right place, and only where the anti-microbial silver meets MRE".

    The researchers are using the UV/Vis single particle spectroscopy method, with which it is possible to watch a single nanoparticle dissolve. One of the world's best in the field will now support the German team: Prof. Dr. Stephan Link from Rice University in Houston/USA. He is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft and is a Mercator Fellow at the University of Duisburg-Essen.

    Further information
    Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Technische Chemie, Tel. 0201/183-3150, stephan.barcikowski@uni-due.de

    Editors:
    Dr. rer. nat. Christoph Rehbock, Technische Chemie, Tel. 0201/183-3040, christoph.rehbock@uni-due.de
    Julia Lena Reinermann, CENIDE, Tel. 0203/379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • Elektronik von morgen ist aus Graphen

    12th September 2018, Wundermaterial ermöglicht ungeahnte Taktraten


    © Juniks/HZDR

    Graphen ist hauchdünn und gilt als vielversprechendes Material für die Nanoelektronik. Theoretisch soll es bis zu tausendmal schnellere Taktraten erlauben als heutige Siliziumtransistoren. Tatsächlich kann Graphen elektronische Signale mit Frequenzen im Gigahertz-Bereich extrem effizient in Signale mit einer vielfach höheren Frequenz umwandeln. Das hat ein Wissenschaftlerteam von der Universität Duisburg-Essen (UDE), dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), und dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) nun erstmals gezeigt. Ihre Ergebnisse stellen die Forscher, darunter UDE-Prof. Dmitry Turchinovich, im Fachjournal Nature* vor.

    Heutige elektronische Komponenten auf Siliziumbasis arbeiten bei maximal einigen hundert Gigahertz (GHz). Derzeit bemüht sich die Elektronikindustrie, in den Terahertz-Bereich (THz) vorzudringen, was etwa zehnmal schneller wäre. Graphen, das aus einer einzigen Lage verketteter Kohlenstoffatome besteht, gilt als potenzieller Nachfolger von Silizium. Es besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit und ist mit allen existierenden Elektroniktechnologien kompatibel.

    Zwar wurde schon länger vorhergesagt, dass Graphen ein angelegtes elektromagnetisches Wechselfeld besonders gut in Felder mit viel höherer Frequenz umwandeln kann. Alle experimentellen Bemühungen der letzten zehn Jahre, dies nachzuweisen, blieben jedoch erfolglos. Genau das ist den Wissenschaftlern nun geglückt.

    „Wir konnten nun erstmals den direkten Nachweis für die Frequenzvervielfachung vom Giga- in den Terahertz-Bereich in einer einzelnen Lage Graphen erbringen und elektronische Signale im Terahertz-Bereich erzeugen. Durch die richtige Abstimmung von der Anzahl an freien Elektronen und der anregenden Frequenz und Feldstärke konnten wir eine bemerkenswerte Effizienz erreichen“, erklärt Experimentalphysiker Prof. Dmitry Turchinovich (UDE), dessen Arbeitsgruppe auf dem Gebiet Ultrakurzzeit- und Terahertzphysik forscht. „Es ist uns auch gelungen, unsere Messungen mit einem einfachen Model, das auf physikalischen Grundprinzipien der Thermodynamik basiert ist, quantitativ gut zu beschreiben“.

    Dr. Michael Gensch (HZDR), dessen Gruppe zur Ultrakurzzeit-Physik arbeitet und die neue Terahertz-Strahlungsquelle TELBE betreibt, betont: „Unsere Resultate sind in der Tat bahnbrechend und könnten den Weg für eine ultraschnelle Nanoelektronik auf Graphen-Basis ebnen.“

    Die Erstautoren des Nature-Artikels sind die beiden Nachwuchswissenschaftler Hassan A. Hafez (UDE/MPI-P) und Sergey Kovalev (HZDR).

    Weitere Informationen:
    Zum ausführlichen Artikel: https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=56780&pNid=99

    *Originalpublikation: H.A. Hafez, S. Kovalev, et al.: Extremely efficient terahertz high harmonic generation in graphene by hot Dirac fermions, in: Nature (DOI: 10.1038/s41586-018-0508-1)

    Prof. Dr. Dmitry Turchinovich, Physik, Tel. 0203/37-94352, dmitry.turchinovich@uni-due.de

    Redaktion: Dr. Christine Bohnet, Leitung HZDR-Kommunikation, Tel. 0351/260-2450, c.bohnet@hzdr.de

  • Research in Japan

    12th September 2018, Scholarship for Dr. Kateryna Loza


    © AG Epple

    No, she doesn't speak Japanese, but Dr. Kateryna Loza doesn't have to, when she will be working in the Land of the Rising Sun for three months starting in December. The 29-year-old postdoc in Inorganic Chemistry has received a coveted scholarship from the Japan Society for the Promotion of Science.

    This will enable her to work for three months at Kyûshû University - with one of the world's leading electron microscopists: Prof. Kenji Kaneko. It will be about fundamental research, more precisely about ultrastructures of nanoparticles with atomic resolution.

    Kateryna Loza has been at the UDE for almost seven years. At the age of 22, after her master's degree in physics, she moved from the National Wassyl Karasin University in Kharkiv/Ukraine to the research group of Prof. Matthias Epple. Here she did her doctorate and now works as a DFG-funded postdoctoral researcher on the synthesis and characterisation of metallic nanoparticles, in particular using high-resolution transmission electron microscopy.

    "There are exciting new developments in electron microscopy and spectroscopy," explains the talented researcher. "With these, the structure, morphology and composition of functional materials can be understood in detail, and even individual atoms can be seen. This is an important prerequisite for improving materials, e.g. for catalysis or materials science".

    Further Information:
    Dr. Kateryna Loza, Anorganische Chemie, Tel. 0201/18-32054, kateryna.loza@uni-due.de

    Editor: Ulrike Bohnsack, 0203-379-2429, ulrike.bohnsack@uni-due.de

  • Von Nanjing an die UDE

    24th August 2018, Internationaler Experte verstärkt 3D-Druck-Forschung


    © Prof. Dr. Gu

    Der 3D-Laserdruck revolutioniert die Fertigungstechnik. Dafür braucht es neue Pulverwerkstoffe. Die erforscht seit diesem Jahr ein Wissenschaftsverbund unter der Koordination der Universität Duisburg-Essen (UDE). Jetzt erhält das Team um Prof. Dr. Stephan Barcikowski prominente Verstärkung: Prof. Dongdong Gu, einer der weltweit führenden Experten für Nanokomposite, kommt für drei Jahre an die UDE.

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die den Verbund als Schwerpunktprogramm unter dem Namen MATframe – Materialien für die Additive Fertigung mit 13 Millionen Euro fördert, hat Professor Gu einen Mercator Fellow Grant zuerkannt.

    Zuhause ist Gu in China; an der Nanjing University of Aeronautics and Astronautics experimentiert er zu Metallpulvern für den 3D-Druck. Bislang sind gedruckte Bauteile aus Metalllegierungen meist nicht stabil genug. Eine Idee ist daher, den Pulvern spezielle Nanoteilchen zuzusetzen, um sie zu festigen.

    8.600 Kilometer trennen Dongdong Gu derzeit noch von seinem künftigen Arbeitsplatz an der UDE. Ab November 2018 wird er regelmäßig hier sein. „Ich freue mich sehr, dass ich die Möglichkeit habe, als Mercator Fellow an diesem großartigen Schwerpunktprogramm teilzunehmen. Kürzlich haben wir Metallpulver für den 3D-Laserdruck mit Nanopartikel-Zusätzen versehen und sehr aufregende Ergebnisse zur Verstärkung des gedruckten Materials erhalten“, sagt Prof. Gu, „Diese vielversprechenden Arbeiten werde ich an der UDE fortsetzen.“

    Weitere Informationen:
    Prof. Dr. Stephan Barcikowski, CENIDE, Tel. 0201/18-33150, stephan.barcikowski@uni-due.de

    Redaktion:
    Ulrike Bohnsack, Tel. 0203/37-92429

  • Weltweit führender Forscher der Nanozellulose zu Gast

    20th August 2018, Biomaterial, stark wie Titan, und essbar


    © Prof. Orlando Rojas-Aalto University

    Nanozellulose gilt als Alleskönner: Plastik ersetzen, Schadstoffe filtern, Wundheilungsmittel, Bestandteil von Chipkarten oder als Beschichtung für Kleidung? Für die Nanozellulose kein Problem – vielmehr noch, sie gilt als umweltverträglich und ist essbar. Mit dem Science Talk am Mittwoch, den 29. August 11.15 Uhr rückt Nanozellulose in den Fokus. CENIDE begrüßt hierfür den weltweit führenden Forscher auf dem Gebiet der Nanozellulose: Prof. Dr. Orlando Rojas. Im Anschluss spricht Prof. Dr. Jochen Gutmann aus der Physikalischen Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Nanozellulose gilt als Supermaterial der weißen Biotechnologie. Es lässt sich vielfältig chemisch modifizieren und ist biologisch abbaubar. Dünner als Papier, macht es schwere Dinge wie Autos leicht und ist sehr zugfest. Der Science Talk am 29. August stellt dieses Wundermaterial in den Fokus. Hierfür konnten der international führende Forscher der Nanozellulose, Prof. Dr. Orlando Rojas und das renommierte CENIDE Mitglied, Prof. Dr. Jochen Gutmann als Vortragende gewonnen werden.

    Weltweit führend widmet sich Prof. Dr. Rojas seit über 20 Jahren dem Gebiet der Oberflächen und Kolloide. An der Aalto Universität in Finnland forscht seine Gruppe zu biobasierten Materialien verschiedener Größenordnungen, vor allem solche mit großen Grenzflächen wie Fasern (Mikro-/Nanofasern), Fasernetzwerke, Partikel und kolloidale Systeme. Er ist Co-PI des Center of Excellence in Molecular Engineering of Biosynthetic Hybrid Materials Research der Academy of Finland, HYBER (2014-2019), Fellow der American Chemical Society und der Finnish Academy of Science and Letters. In seinem Vortrag wird Prof. Dr. Rojas über seine Forschungsarbeiten mit weit verbreiteten Biopolymeren, darunter Zellulose, Chitin, Lignin und Alginate, mit besonderem Schwerpunkt auf der Isolierung von Nanozellulose, Nanochitin und Lignin-Nanopartikeln, sprechen. Diese Biopolymere sind besonders spannend und relevant, da sie die Türen für die 3D-Bio Fertigung öffnen oder die Herstellung von äußerst hellem Nanopapier aus Zellulose-Nanofibrillen und Strukturfarben aus Zellulose-Nanokristallen ermöglichen. Für seine Forschungsarbeiten wurde er in diesem Jahr mit dem Anselme Payen Award, einen der höchsten Auszeichnungen im Bereich der Zellulose und nachwachsende Rohstoffe, ausgezeichnet.

    Als themenverwandtes CENIDE-Mitglied wird Prof. Dr. Jochen Gutmann aus der Physikalischen Chemie sprechen. Anhand aktueller Forschungen wird er die Fähigkeit von Nanozellulose für die Verstärkung von Fasern und Oberflächenmodifikationen von Textilien vorstellen. Diese bieten einen Weg zu einer nachhaltigen Materialentwicklung. Gutmann ist seit 2010 Professor für Physikalische Chemie an der UDE. Parallel leitet er das Deutsche Texilforschungszentrum Nord-West (DTNW). Das Krefelder An-Institut der UDE forscht grundlagen-, und anwendungsbezogen zu innovativen Technologien zur Funktionalisierung textiler Materialien.

    Die Vorträge beginnen um 11:15 Uhr und anschließend laden wir Sie zu einem kleinen Imbiss und zum Austausch ein.
    Der Science Talk wird am Campus Essen (Universitätsstraße 2, 45141 Essen) in Raum: S07 S00 D07 stattfinden.
    Ihre Anmeldung schicken Sie bitte bis zum 22. August an cenide@uni-due.de.

    Die Vortragsreihe „CENIDE Science Talk“ bildet das breite Themenspektrum von CENIDE ab. Sie richtet sich an ein breites Fachpublikum und erlaubt, den Blick über den Tellerrand des jeweils eigenen Forschungsfeldes zu werfen.

    Weitere Informationen:
    Jun.-Prof. Dr. André Gröschel, Tel.: 0203-379-8212, andre.groeschel@uni-due.de 

    Redaktion: 
    Julia Reinermann, 0203-279-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • Wissenschaft erleben

    16th August 2018, WissensNacht Ruhr 2018


    WissensNacht Ruhr 2018 (c) Regionalverband Ruhr

    Seid Ihr schon gespannt auf das Programm der diesjährigen WissensNacht Ruhr am 28. September? Am 20. August wird das Geheimnis gelüftet. Soviel sei verraten: Im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg ist wieder einiges los.

    Die Metropole Ruhr wird wieder zu einem riesigen Forschungslabor: An 27 Orten in Bochum, Bottrop, Dortmund, Duisburg, Essen, Gelsenkirchen, Herne, Mülheim an der Ruhr und Oberhausen dürfen sich die Besucherinnen und Besucher wieder auf abwechslungsreiche, spannende Einblicke in die Welt der Wissenschaften freuen.

    Egal ob Exkursionen, Laborführungen, Vorträge oder Mitmach-Aktionen, zahlreiche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Fachrichtungen freuen sich darauf, Euch für Ihre Forschung zu begeistern. Das Programm findet Ihr online unter http://www.wissensnacht.ruhr und als gedrucktes Programmheft an allen teilnehmenden Austragungsorten.

    Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 37-98177, steffi.nickol@uni-due.de 

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1248

  • Für MINT begeistern

    18th July 2018, Qualitätssiegel für zdi-Zentrum DU.MINT Duisburg Niederrhein


    © MKW

    Wegen seiner Erfolge bei der Nachwuchsförderung in den Fächern Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik wurde jetzt das zdi-Zentrum DU.MINT Duisburg Niederrhein mit dem zdi-Qualitätssiegel 2018 ausgezeichnet. Die Urkunde nahm dessen Koordinatorin, Dr. Kirsten Dunkhorst, entgegen, die auch das Nano-Schülerlabor an der Universität Duisburg-Essen (UDE) leitet.


    In der landesweiten Gemeinschaftsoffensive „Zukunft durch Innovation“ engagieren sich mehr als 4.000 Partner aus Politik, Wirtschaft, Schule und Hochschule für die MINT-Fachkräftesicherung in NRW. Ziel ist, junge Menschen für die MINT-Fächer zu begeistern und bei der Entscheidung für ein Studium oder eine Ausbildung in diesem Bereich Orientierung zu bieten.

    Das zdi-Qualitätssiegel wird jährlich vergeben. Um es zu erhalten, verpflichten sich die Netzwerke u.a. zu einem regelmäßigen Monitoring ihrer Arbeit sowie zu qualitätssichernden Statusgesprächen. Gemeinsam erreichen die über 40 regionalen zdi-Netzwerke und mehr als 60 zdi-Schülerlabore jährlich rund 300.000 Schüler.

    im Bild:
    v.l.: Klaus Kaiser, Parlamentarischer Staatssekretär im NRW-Wissenschaftsministerium, und Kirsten Dunkhorst, Fotonachweis: MKW

    Weitere Informationen:

    http://www.du-mint.dehttp://www.zdi-portal.de

    Dr. Kirsten Dunkhorst, zdi-Zentrum DU.MINT Duisburg Niederrhein,
    Tel. 0203/37-93409 oder 98030, kirsten.dunkhorst@uni-due.de

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Leuchtende Hybride aus QDs und LECs

    18th July 2018, ACS Photonics Poster Preis 2018 für UDE-Wissenschaftlerin


    © Julia Frohleiks

    Julia Frohleiks, Mitglied der Nachwuchsgruppe „Solid State Lighting“, die von Dr. E. Nannen am Lehrstuhl Werkstoffe der Elektrotechnik der Universität Duisburg-Essen geleitet wird, ist mit dem ACS Photonics Poster Preis und einer Prämie von 1000 US-Dollar ausgezeichnet worden.

     


    Für das Poster mit dem Titel „Hybrid Quantum Dot – Light-Emitting Electrochemical Cells“ wurde M.Sc. Julia Frohleiks im Rahmen der Konferenz „QD2018 – the 10th Biannual Conference on Quantum Dots“ in Toronto (Kanada) mit dem ACS Photonics Poster Preis und einer Prämie von 1000 US-Dollar ausgezeichnet. Julia Frohleiks entwickelt in der Nachwuchsgruppe „Solid State Lighting“ von Dr. E. Nannen, die am Lehrstuhl „Werkstoffe der Elektrotechnik“ des CENIDE Mitglieds Prof. G. Bacher angesiedelt ist, innovative lichtemittierende Bauelemente, die aus einer Kombination von leuchtenden Halbleiter-Quantenpunkten (QDs) und dem Konzept einer lichtemittierenden elektrochemischen Zelle (LEC) bestehen. Das Poster zeigt die Ergebnisse, welche sowohl durch die Ergänzung eines typischen LEC Emitters mit kolloidalen QDs erzielt werden konnten, als auch Ergebnisse für QD-LECs, deren Emission rein durch die halbleitenden QDs erzeugt werden kann.

    Nachzulesen sind die Resultate in den Zeitschriften ACS Applied Materials & Interfaces 8, 24692 (2016), LED Lighting Technologies – Smart Technologies for Lighting Innovations, Luger Research e.U., 206 (2017) sowie Advanced Materials Technologies 2, 1700154 (2017).

    Weitere Informationen:
    M. SC. Julia Frohleiks, 0203/ 379-8024, julia.frohleiks@uni-due.de  

    Redaktion: Julia Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

     

     

     

  • Neue Materialien für die Wasserspaltung mit Licht

    10th July 2018, Eickhoff-Preis


    Dr. Helge Stein, hier mit Dekan Prof. Dr. Roland Span, ist für seine Doktorarbeit mit dem Gebrüder-Eickhoff-Preis ausgezeichnet worden. © RUB, Marquard

    Tausende Werkstoffe hat Helge Stein während seiner Promotion getestet – mit preiswürdigem Ergebnis.

    Für seine Suche nach stabilen und effizienten Materialien für die Wasserstoffproduktion mittels Sonnenlicht ist Dr. Helge Stein mit dem Gebrüder-Eickhoff-Preis 2018 ausgezeichnet worden. In seiner Promotion am Lehrstuhl für Werkstoffe der Mikrotechnik der Ruhr-Universität Bochum testete er über 1.000 Materialien mit Hochdurchsatzverfahren. Um die großen Datenmengen auswerten zu können, entwickelte er außerdem neue Künstliche-Intelligenz-Algorithmen. Die mit 3.000 Euro dotierte Auszeichnung nahm der Forscher am 6. Juli 2018 in der Fabrik der Gebrüder Eickhoff entgegen.

    „Wenn wir unseren Energiebedarf zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien decken wollen, benötigen wir auch chemische Energieträger wie Wasserstoff“, sagt Helge Stein. Dieser kann zum Beispiel durch photoelektrochemische Wasserspaltung gewonnen werden, bei der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Findet die Reaktion an einer geeigneten Oberfläche statt, kann der Prozess mit Lichtenergie betrieben werden. „Dafür bedarf es aber neuer Werkstoffe“, so Stein.

    Stabile Materialien beschleunigt entdecken
    Die größte Herausforderung dabei ist, ein Material zu finden, dass während der sogenannten photoelektrochemischen Wasserspaltung stabil bleibt. „Die meisten effizienten Werkstoffe wie Kupferoxid korrodieren innerhalb von Minuten“, erklärt Stein. „Für eine kommerzielle Anwendung müssten sie aber über Jahrzehnte hinweg stabil bleiben.“

    Um die Suche nach geeigneten Katalysatormaterialien zur Wasserspaltung zu beschleunigen, nutzte der Forscher Methoden der kombinatorischen Materialforschung. Hierbei werden mehrere Hundert Materialien gleichzeitig auf einem Substrat abgeschieden und automatisiert durch Roboter vermessen. Einige der getesteten Legierungen, etwa ein Kupfer-Titan-Silizium-Oxid oder ein Aluminium-Chrom-Eisen-Oxid, zeigten bereits vielversprechende Eigenschaften.

    Datenmengen handhabbar machen
    Bei kombinatorischen Verfahren fallen enorme Datenmengen an, deren Auswertung mit herkömmlichen Methoden Monate gedauert hätte. Helge Stein entwickelte neue Algorithmen, die die Analysezeit auf wenige Stunden verkürzten. Entscheidend dabei ist, dass der Mensch und die Künstlichen-Intelligenz-Algorithmen zusammenarbeiten. Die Auswertungen geben Aufschluss über die Beziehung von Werkstoffeigenschaften und Kristallstruktur.

    Die Doktorarbeit von Helge Stein trägt den Titel „Combinatorial synthesis and high-throughput investigation of thin-film photocathodes and catalysts for solar water splitting”. Nach dem erfolgreichen Abschluss wechselte er zum California Institute of Technology (Caltech) in die USA. Dort forscht er als Materials Data Engineer an der Verbindung zwischen Experiment und künstlicher Intelligenz am Joint Center for Artifical Photosynthesis.

    http://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2018-07-09-eickhoff-preis-neue-materialien-fuer-die-wasserspaltung-mit-licht

  • „NanoArt from Germany“ eröffnet

    4th July 2018, Deutsche Botschaft in Prag zeigt CENIDE Bilder


    © DAAD-Informationszentrum Prag

    Vom 05. Bis 21. Juni 2018 haben über 1000 Besucher und Besucherinnen in der Ausstellung "NanoArt from Germany", in der deutschen Botschaft in Prag (Tschechische Republik), die Wunderwelt des Nanokosmos erlebt.

    Einige der vierzig Bilder, stammen aus den Laboren der CENIDE-Mitglieder und präsentieren die Vielfalt von Materialien auf der Nanoskala. Die Fotos zeigen ein Kaleidoskop von Texturen und Mustern, geordneten Strukturen und Chaos, Bergen und Tälern - in flüssigen, festen, leuchtenden und bunten Anordnungen. Zuvor war die Ausstellung in New York (USA) und Tsukuba (Japan) zu sehen.

    Weitere Informationen:

    Jana Dostálová, DAAD-Informationszentrum Prag, dostalova@daad.cz

    Redaktion: Julia Lena Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • 3. Internationales Symposium: Gasphasensynthese funktionaler Nanomaterialien

    27th June 2018, Beiträge gesucht


    Am 25. und 26. September 2018 kommen im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg weltweit führende Experten auf dem 3. internationalen Symposium zur „Gasphasensynthese funktionaler Nanomaterialien“ zusammen.

    Mit hochkarätigen Rednern, wie: Prof. Dr. Sotiris Pratsinis (ETH Zürich, Schweiz), Prof. Dr. Igor Rahinov (The Open University of Israel) und Tim Hülser (Institut für Energie und Umwelttechnik e. V. – IUTA) knüpft es erfolgreich an die Symposien von 2016 und 2017 mit jeweils rund 100 Teilnehmern an.
    Das Symposium wird gemeinsam vom DFG Schwerpunktprogramm (SPP) 1980 und der DFG-Forschergruppe 2284 zu „Model-based scalable gas-phase synthesis of complex nanoparticles“ organisiert.

    Bis zum 31. Juli 2018 sind Interessierte aufgerufen einen geplanten Beitrag einzureichen. Weitere Informationen zum Programm und zur Anmeldung können der folgenden Webseite https://www.uni-due.de/cenide/symposium_synthesis_2018.php entnommen werden.

    Weitere Informationen:
    Steffi Nickol, 0203 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    Redaktion: Julia Lena Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • CENIDE zu Gast am Waterloo Institute for Nanotechnology

    25th June 2018, Internationaler Workshop


    © Kyle Daun, WIN, University of Waterloo

    Am Donnerstag, den 21. Juni waren Vertreter des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) zu Gast am Waterloo Institute for Nanotechnology (WIN) in Kanada.

    In den vergangenen vier Tagen besuchten Vertreter des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) das Waterloo Institute for Nanotechnology (WIN) in Kanada um Möglichkeiten für gemeinsame Förderanträge und den Aufbau eines studentischen Wissensaustauschs zu diskutieren.
    "Wir waren sehr zufrieden und haben an das angeknüpft, was wir beim ersten Workshop im vergangenen Jahr in Duisburg erreicht haben. Wir haben neue Kooperationen gebildet, mehrere Austauschprogramme für Studierende und Absolventen geplant, gemeinsame Publikationen erstellt und mehrere gemeinsame Fördermöglichkeiten identifiziert. Wir freuen uns bereits auf unseren nächsten Workshop 2019 in Duisburg", so die WIN-Mitglieder und Ko-Vorsitzenden Dr. Michael Pope und Dr. Kyle Daun.
    Der Geschäftsführer von CENIDE, Tobias Teckentrup, sagte dazu: "Wir freuen uns sehr, dass wir bei WIN eingeladen waren. In dem gemeinsamen Workshop haben wird den Austausch über wissenschaftliche Themen für die weitere Zusammenarbeit vertiefen können." Wir freuen uns darauf, den nächsten Workshop 2019 in Duisburg zu veranstalten, um die bestehende Kooperation weiter auszubauen". 
    Workshop-Teilnehmer und CENIDE-Vorstand Dr. Christof Schulz: "Es ist schön zu sehen, dass die Zahl der Personen, die an der WIN-CENIDE-Zusammenarbeit beteiligt sind, ständig wächst".

    Weitere Informationen:
    Dr. Tobias Teckentrup, 0203 379-8177, tobias.teckentrup@uni-due.de

    Redaktion: Julia Lena Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • Winning streak: Congratulations to Kristina Tschulik

    20th June 2018, Materials Chain member Kristina Tschulik wins Hellmuth-Fischer medal and is inauagurated as professor


    © RUB, Marquard

    Materials Chain congratulates Prof. Dr. Kristina Tschulik on both her inauguration as professor and on winning the Hellmuth Fischer medal 2018 from the Dechema Society for Chemical Engineering and Biotechnology for her outstanding contributions to the investigation of electrochemical processes on nanoparticles and the use of magnetic fields in electrochemical processes.

    Prof. Tschulik is now Head of Department of the newly founded Chair of Analytical Chemistry II for Electrochemistry and Nanoscale Materials at Ruhr-Universität Bochum. The particles Kristina Tschulik examines in her research are sometimes only a few nanometers in size. She develops methods to characterize chemical reactions in which such nanoparticles are involved which make it possible to determine the concentration, size and composition of individual nanoparticles in solution. They also allow to understand how well such particles can act as catalysts - insights that can be crucial to developing sustainable energy technology such as fuel cells.

  • Dr. Bilal Gökce erhält Fojtik-Henglein-Preis

    13th June 2018, Materials Chain-Mitglied ausgezeichnet


    © Gaétan Laurens

    Am 07. Juni 2018 ist Dr. Bilal Gökce mit dem Fojtik-Henglein-Preis auf der internationalen Konferenz Advanced Nanoparticle Generation and Excitation by Lasers in Liquids (ANGEL) in Lyon, Frankreich ausgezeichnet worden.

    Benannt nach den Erfindern der laserbasierten Synthese von Nanopartikelkolloiden, Arnim Henglein und Anton Fojtik, wird der Preis alle zwei Jahre an einen führenden Wissenschaftler verliehen, dessen Arbeit einen bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch im Rahmen der Lasersynthese von Kolloiden darstellt. Die Auszeichnung erhielt Gökce für seinen viel beachteten Artikel über die Steigerung der Produktivität der Nanopartikelerzeugung durch Laserablation. Die dort präsentierten Ergebnisse gelten als wichtiger Schritt, der neue Anwendungsgebiete für lasergenerierte Nanopartikel wie den 3D-Druck eröffnet.

    Weitere Informationen:
    Dr. Bilal Gökce, 0201/183-3146, bilal.goekce@uni-due.de,
    Zur Forschergruppe von Dr. Bilal Gökce: https://www.uni-due.de/goekce-group/

    Der Artikel „Continuous multigram nanoparticle synthesis by high-power, high-repetition-rate ultrafast laser ablation in liquids“, erschienen in: Optics Letters 41, 1486 (2016), ist abrufbar unter: https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-41-7-1486 .

    Redaktion: Julia Lena Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • 100.000 Euro für EXMAC

    30th May 2018, UA Ruhr: Auszeichnung für Forschungsmarketing-Konzept

    Mit welcher Strategie gewinnt man international herausragende Köpfe? Wie kann Spitzenforschung weltweit sichtbarer gemacht werden? Mit EXMAC („Explore Materials Chain“) lautet die Antwort der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Das Konzept überzeugte die Juroren im DFG-Wettbewerb „Internationales Forschungsmarketing“.

    Prof. Dr. Axel Schölmerich, Rektor der Ruhr-Universität Bochum (RUB), betont anlässlich der Preisverleihung in Berlin am 29. Mai, dass das Konzept nachhaltig ist: „EXMAC dient als Blaupause und kann auf die weiteren Forschungsschwerpunkte der UA Ruhr übertragen werden.“

    Entwickelt wurde es im gemeinsamen Profilschwerpunkt Materials Chain (MC) und in der Research Academy Ruhr (RAR). In MC bündeln die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen (UDE) ihre Forschung im Bereich der Materialwissenschaften. In der übergreifenden Plattform RAR unterstützen sie ihren wissenschaftlichen Nachwuchs. Stellvertretend für die UA Ruhr waren Prof. Dr. Axel Schölmerich (Rektor der RUB), Dr. Hans Stallmann (Koordinator der UA Ruhr), Dr. Marion Franke (Koordinatorin von Materials Chain an der UDE) und Dr. Christiane Wüllner (Mitglied im RAR Advisory Board) vor Ort und nahmen gemeinsam den Preis entgegen.

    Kluge Köpfe gewinnen – auf Dauer

    Das EXMAC-Konzept ist so simpel wie elegant: 30 UA Ruhr-Nachwuchsmaterialwissenschaftler laden 30 internationale Postdocs für zwei Wochen ins Ruhrgebiet ein und forschen gemeinsam. Neu ist, dass zeitgleich 60 Forscher/innen die Chance bekommen, in Tandems an Projekten zu arbeiten oder sich mit anderen Programmteilnehmern auszutauschen. Sie haben auch die Möglichkeit, an einem ersten gemeinsamen Förderantrag zu arbeiten. „Diese Auszeichnung ist besonders. Mit EXMAC zeigen wir, dass die UA Ruhr nicht nur in der Forschung, sondern auch in deren Marketing herausragende Projekte umsetzt“, so Dr. Christiane Wüllner.

    Die Teilnehmer können außerdem anschließend an der internationalen MC-Konferenz vom 12. bis 14. November in Bochum teilnehmen. Darüber hinaus ist genug Zeit, den besonderen Charme des Ruhrgebiets kennen zu lernen. „Wir möchten unseren Gästen vermitteln, dass man hier hervorragend forschen und leben kann, so dass sie als Freunde gehen und uns auch danach noch verbunden bleiben“, so Dr. Marion Franke, MC-Koordinatorin an der UDE: „Auf diese Wiese erreicht man das Ziel des DFG-Ideenwettbewerbs, kluge Köpfe für Deutschland zu gewinnen.“

    Über die Universitätsallianz Ruhr

    Seit 2007 arbeiten die drei Ruhrgebietsuniversitäten unter dem Dach der UA Ruhr strategisch eng zusammen. Durch Bündelung der Kräfte werden die Leistungen der Partneruniversitäten systematisch ausgebaut. Unter dem Motto „gemeinsam besser“ gibt es inzwischen über 100 Kooperationen in Forschung, Lehre und Verwaltung. Mit mehr als 120.000 Studierenden und nahezu 1.300 Professor/innen gehört die UA Ruhr zu den größten und leistungsstärksten Wissenschaftsstandorten Deutschlands.

    Mehr Informationen:
    http://www.explore-ruhr.dehttp://www.materials-chain.ruhr, http://www.research-academy-ruhr.de, http://www.uaruhr.de

    Dr. Marion Franke (UDE/MC), Tel. 0203/379-8182, marion.franke@materials-chain.ruhr
    Dr. Christiane Wüllner (RUB/RAR), Tel. 0234/32-24840; christiane.wuellner@rub.de

    Redaktion:
    Kathrin Kraushaar, Tel. 0234/32-27232, kathrin.kraushaar@uaruhr.de

  • Paradox effects make the quantum system stable

    30th May 2018, Arne Ludwig and Andreas Wieck


    Arne Ludwig and Andreas Wieck (not in the picture) are experts in the production of quantum dots that could someday be the storage unit of quantum computers.

    © RUB, Marquard

    With quantum computers, some complex calculations, which take a lot of time today, could be done at lightning speed. A problem with the realization of such systems is that quantum effects are easily disturbed by environmental influences. So far, scientists have been working to cool the systems down to very low temperatures to make them more stable.
    A new approach is described by a team led by the Japanese Riken Center in the renowned journal Nature Communications of May 30, 2018. Prof. Dr. med. Andreas Wieck and dr. Arne Ludwig from Ruhr-Universität Bochum's Chair of Solid State Physics were involved in the development of that approach.

    Quantum dots as storage units
    In the experiment, the researchers used quantum dots produced by the team at Ruhr-Univerisät Bochum as storage units. Quantum dots are electrons that are trapped in a limited area of ​​a semiconductor. They have an intrinsic angular momentum, a spin, over whose direction information can be coded. Decisive for the functioning of a quantum computer is the physical phenomenon of entanglement: If two spins are interlinked, their properties can not be described independently.
    Quantum effects usually occur only at the atomic level. Under certain conditions, however, they may also have macroscopic effects, namely, when there is a coherent superposition of several entangled states. In a coherent system, the phases of different spin waves are in a fixed relationship. However, external influences can shift the phases and destroy the coherence that gives meaning to the stored information.
    The research team now found a paradoxical effect: A phase shift that would actually destroy coherence stabilized it instead.

    Useful for the development of quantum computers
    For the experiment, the team used a system of three quantum dots. The trapped spins could be individually controlled by external electric fields. They shifted the spins between quantum dots and found that supposed environmental perturbations helped create entanglement.
    This is based on the so-called quantum Zeno effect, also called Turing-Paradox: If one observes a quantum system often enough, the system slows down. This makes it more coherent and this favors the entanglement.According to the researchers, this finding may help accelerate the development of semiconductor-based quantum computers.

    http://news.rub.de/wissenschaft/2018-05-30-physik-paradoxe-effekte-machen-quantensystem-stabil

  • Collaborative research centers SFB/TRR 837 and SFB/TRR 87 extended

    20th May 2018, Research on high-performance plasmas and machine tunneling

    Applications for the extension of Collaborative Research Centers SFB/TRR 87 "Pulsed High-Performance Plasmas for the Synthesis of Nanostructured Functional Layers" and SFB 837 "Interaction models for mechanized tunneling" were successful. Both Collaborative Research Centers are entering their third and last funding period.

    SFB/TRR 87 "Pulsed High-Performance Plasmas for the Synthesis of Nanostructured Functional Layers"
    The path to new materials on the surface of classic materials such as electromobility, energy technology - such as solar cells - but also medical technology, for example in packaging and sterilization leads via plasma technology. Researchers in plasma technology, plasma physics, materials science and interfacial chemistry work together in the Collaborative Research Center / Transregio 87 "Pulsed High-Performance Plasmas for the Synthesis of Nanostructured Functional Layers". Speaker is Prof. Dr.-Ing. Peter Awakowicz, Head of Department of Ruhr-Universität Bochum's institute of "Electrical Engineering and Plasma Technology (AEPT)".

    SFB 837 "Interaction models for mechanized tunneling"
    Today, tunnels are largely automatically dug and fortified by underground factories. Tunneling faces many challenges, for example different foundations, groundwater conditions and the development on the surface, which, of course, should not be damaged. Scientists from the fields of civil engineering, computational engineering, geosciences and mechanical engineering research all processes related to safety and efficiency in mechanized tunneling and their interactions.in the Collaborative Research Center 837, whose spokesman is Prof. Dr. Günther Meschke.

  • Was an den Grenzflächen vor sich geht

    18th May 2018, Neuer Sonderforschungsbereich zur Katalyse


    Mitglieder des neuen SFB Katalyse

    Starkes Doppel: Nanotechnologie und Katalyseforschung vereint ein neuer Sonderforschungsbereich, der ab Juli an der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) eingerichtet wird. Das gab die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute bekannt. Sie fördert den neuen Verbund („Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase“), unter dem Dach der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) mit ca. 10 Mio. Euro für zunächst für vier Jahre.

    Sprecher ist Prof. Dr. Malte Behrens, Leiter der UDE-Arbeitsgruppe „Materialchemie und Katalyse“ und CENIDE Mitglied, als Co-Sprecher steht ihm Prof. Dr. Martin Muhler, Lehrstuhlinhaber für Technische Chemie an der RUB, zur Seite. Eingebunden sind auch die Max-Planck-Institute für Chemische Energiekonversion und Kohlenforschung in Mülheim/Ruhr sowie das Fritz-Haber-Institut in Berlin.

    Ohne sie geht fast nichts

    Als „Heiratsvermittler“ zwischen Molekülen spielen Katalysatoren eine große Rolle bei chemischen Reaktionen, die sonst nicht oder nur sehr langsam ablaufen würden. An mehr als 80% der Produkte in der chemischen Industrie sind Katalysatoren beteiligt. Mit ihrer Hilfe entstehen nicht nur bevorzugte Reaktionsprodukte, oder sie entfernen unerwünschte Chemikalien. Sie sorgen auch dafür, dass die Energie, die bei einer chemischen Reaktion freigesetzt wird, effektiv gespeichert und später genutzt werden kann. Wie dies alles genau passiert, will man im neuen SFB/TRR 247 noch besser verstehen.

    SFB-Sprecher Prof. Dr. Malte Behrens: „Wir wollen mehr darüber erfahren, wie solche Prozesse auf atomarer Ebene funktionieren, um künftig noch bessere Materialien herstellen zu können. Ein Katalysator vereinfacht zwar die chemische Reaktion rein äußerlich, gleichzeitig verkompliziert sich aber der atomare Ablauf enorm. Darüber wissen wir noch viel zu wenig – insbesondere an der Grenzfläche zwischen dem Katalysator und einer Flüssigkeit.“

    Disziplinübergreifende Forschung

    Die verschiedenen katalytischen Reaktionen in Flüssigkeiten wurden bislang kaum gemeinsam untersucht, obwohl in allen Fällen ähnliche Anforderungen gelten. Dies ändert sich mit dem neuen SFB, in dem erstmals ausgewählte Oxidationskatalysatoren disziplinübergreifend betrachtet werden: chemisch, physikalisch und ingenieurwissenschaftlich. Als Materialbasis dienen Verbindungen, die ohne seltene und teure Edelmetalle auskommen. Prof. Behrens: „Wir erhoffen uns dadurch grundlegende Erkenntnisse über Gemeinsamkeiten und Unterschiede, die zu noch besseren Katalysatoren führen.“

    Weitere Informationen: 
    Prof. Dr. Malte Behrens, Tel.: 0201/183-3684, malte.behrens@uni-due.de

    Redaktion: Julia Reinermann, julia.reinermann@uni-due.de

  • Forschungsergebnisse der AG Wende werden auf dem Cover der Annalen der Physik gewürdigt

    23rd April 2018, Annalen der Physik


    Cover der Annalen der Physik März 2018

    Aktuell werden Nanopartikel aus Magnetit (einem bestimmten Eisenoxid) aufgrund ihrer spannenden Eigenschaften sowohl in der Grundlagenforschung aber auch im Hinblick auf neue technische Anwendungen sehr intensiv untersucht. Diese Eisenoxid-Nanopartikel werden schon heute als Kontrastmittel in der Kernspintomographie, bei der Hyperthermie zur Krebsbehandlung, zum gerichteten Transport von Medikamenten, in regelbaren Stoßdämpfern in Autos, als magnetische Tinte für Drucker aber auch zur Entfernung von Schwermetallen aus Abwasser verwendet. Magnetit zeichnet sich durch einen Phasenübergang bei 123 K (-150°C) – den sogenannten Verwey-Übergang – aus.

    Es ist schwierig, diesen Phasenübergang in einem Ensemble aus Nanopartikeln mittels Beugungsmethoden zu charakterisieren. In einer Zusammenarbeit von Dr. Carolin Schmitz-Antoniak (FZ Jülich) mit Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Wende und Wissenschaftlern der theoretischen Physik an der Uppsala University (Schweden) gelang es nun, den Verwey-Übergang in Nanopartikeln mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY-II in Berlin detailliert zu analysieren. Spannenderweise finden die Kooperationspartner, dass der Verwey-Übergang in den Magnetit-Partikeln durch eine Hülle aus Silica (siehe künstlerische Darstellung auf dem Cover der renommierten Zeitschrift „Annalen der Physik“) unterdrückt werden kann. Durch die spektroskopischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt durch das Einfangen (Festhalten) von Ladungen an der Grenzfläche der Silica-Hülle zu dem Eisenoxid-Nanopartikel erklärt werden kann. Möglicherweise eröffnen diese neuen Erkenntnisse der Grundlagenforschung Möglichkeiten zum Maßschneidern der Eigenschaften der Nanopartikel für neue Anwendungen, wie etwa in smarten Materialien.

    Quelle: https://www.uni-due.de/physik/annalenderphysik

  • Was bei der Elektrokatalyse auf atomarer Ebene passiert

    18th April 2018, Die Erkenntnisse könnten eines Tages die Produktion von Wasserstoff effizienter machen.


    Tong Li ist an der RUB Expertin für Atomsondentomografie. Die Methode kann Millionen einzelne Atome sichtbar machen. © RUB, Kramer

    Was sich in der obersten Schicht von Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion durch Wasserspaltung abspielt, haben Materialwissenschaftler im Detail untersucht. Mit einer Kombination von Methoden beobachteten sie Veränderungen in den obersten Atomlagen während der Reaktion, die die Stabilität und Aktivität des Katalysators beeinflussen.

    Sauerstoffentwicklung schadet der Oberfläche

    Wasserstoff kann durch die Spaltung von Wasser mittels elektrischer Energie gewonnen werden; dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Der Flaschenhals bei der Entwicklung effizienterer Produktionsprozesse ist derzeit die Teilreaktion, in der Sauerstoff gebildet wird, die sogenannte Oxygen Evolution Reaction. Diese verändert die Zusammensetzung der Katalysatoroberfläche, was die katalytischen Eigenschaften während der Wasserspaltung verschlechtert.

    „Wenn wir die Elektrokatalysatoren optimieren wollen, müssen wir im Detail verstehen, wie die Zusammensetzung der Katalysatoroberfläche und ihr elektrochemisches Verhalten zusammenhängen“, sagt Prof. Dr. Tong Li vom Institut für Materialwissenschaft und Zentrum für Grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe der RUB, die früher am Max-Planck-Institut für Eisenforschung tätig war.verschlechtert.

    Katalysatoraktivität beeinträchtigt verschlechtert.

    Das Team untersuchte beispielhaft einen Iridium-Katalysator. Unter anderem mit der Atomsondentomografie und Transmissionselektronenmikroskopie, beides Spezialgebiete von Tong Li, erstellten die Forscherinnen und Forscher eine dreidimensionale Repräsentation der chemischen Spezies, die sich in den oberen Schichten des Katalysators bei der Reaktion bildeten – mit nahezu atomarer Auflösung. verschlechtert.

    Sie zeigten, dass zu Beginn der Oxygen Evolution Reaction an bestimmten Stellen im Katalysator Oxid-Inseln entstehen. An diesen Inseln sammeln sich bei fortschreitender Reaktion Wassermoleküle und Hydroxylgruppen an, was die Aktivität des Katalysators beeinträchtigt. verschlechtert.

    Die Ergebnisse beschreibt Tong Li gemeinsam mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung, des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in der Fachzeitschrift „Nature Catalysis“.verschlechtert.

    http://news.rub.de/wissenschaft/2018-04-11-materialwissenschaft-was-bei-der-elektrokatalyse-auf-atomarer-ebene-passiert

  • What tiny structures reveal about material properties

    17th April 2018, From atom to finished component


    Alexander Hartmaier prepares a sample for electron backscatter diffraction measurements. This method enables the engineers to identify the microstructure of a sample. © Damian Gorczany

    Processes in the micrometre range play a crucial role when it comes to forming large sheets of metal into a car roof.

    Sheet steel is rarely utilised in the form of a flat plate. After all, the convenient aspect about the material is its flexibility. This is why it is processed by the industry to produce a wide range of different shapes. Engineers collaborating in the Materials Chain network at University Alliance Ruhr (UA Ruhr) explore what happens during the forming process in the size range smaller than one millimetre. More specifically, they develop models based on the microstructure of a material that are capable of predicting the respective material’s behaviour during forming. Will the material be particularly flexible? How exactly can it be formed? Can it be formed evenly, or does its thickness vary in different spots?

    The UA-Ruhr flagship program Materials Chain specialises in multiscale modelling. Researchers from Bochum, Dortmund and Duisburg-Essen study the entire process, from the development of new materials in the nano range to manufacturing technology and application. To this end, they combine experimental methods with computer simulations.

    Read the full story following the link below.

    http://news.rub.de/english/2017-10-19-materials-what-tiny-structures-reveal-about-material-properties

  • CENIDE Science Talk

    10th April 2018, Advantages of crosslinkable organic semiconductors


    © Irina Anusca, AG Lupascu, Universität Duisburg-Essen

    CENIDE welcomes the guest speaker Prof. Dr. Klaus Meerholz from the Department of Physical Chemistry at the Science Talk on Friday, April 27, 11.15 a.m. at the University of Cologne. Afterwards Prof. Dr. Doru C. Lupascu from the Institute of Materials Science at the University of Duisburg-Essen (UDE) will speak. While Prof. Meerholz will focus on crosslinkable organic semiconductors in his lecture, Prof. Lupascu will focus on dielectric effects in perovskites.

    The CENIDE Science Talk covers the wide range of topics of CENIDE. It is aimed at a broad audience of experts and allows them to look beyond their own fields of research.

    After the lectures we invite you to a snack and an exchange.
    Please register at cenide@uni-due.de

    The CENIDE Science Talk will take place at the Centre for Fuel Cell Technology (ZBT) on the Duisburg Campus: University of Duisburg-Essen, Centre for Fuel Cell Technology (ZBT), Room 202/204, Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg,
    Directions: http://www.zbt-duisburg.de/meta-menu/anfahrt/.

    Further information:

    Dr. Tobias Teckentrup, 0203/ 379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de

    Editor: Julia Lena Reinermann, 0203/ 379-8176, julia.reinermann@uni-due.de
  • The Materials Chain at the Hannover Fair

    6th April 2018, From the atom to the device

    What do gold nanoparticles, parts of human skulls from the 3D printer, and a screw weighing 15 kilograms have in common? They all belong to the broad scientific portfolio of "The Materials Chain": From 25 to 29 April, the strategic programme of the University Alliance Ruhr (UA Ruhr) will be at the Hannover Fair in Hall 2 at booth B 30. From the smallest material particles to the functional prototype: More than 200 research groups of The Materials Chain focus on six research priorities called "Discovery", "Engineering", "Production", "Characterization", "Modelling and Simulation", and "Data Science". The project is an example of the intensive cooperation between the three Ruhr universities under the umbrella of the UA Ruhr: The Materials Chain brings together the excellent materials and production sciences of the Ruhr University Bochum, Dortmund Technical University, the University of Duisburg-Essen and its partners: from material design to material production and finishing to the characterization and processing. The aim is to observe materials throughout the production process – from the device to the atom. The strategic programme of UA Ruhr is supported by the Mercator Research Center Ruhr (Mercur). The Hannover Fair is held annually and has more than 6,500 exhibitors and 220,000 visitors. It is the most important industrial fair worldwide. Further Information: Materials Chain Office Dr. Sonja Berghoff +49 234 – 32 22422 sonja.berghoff@uaruhr.de Edited by: Birte Vierjahn, +49 203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Girls´ Day at the University of Duisburg-Essen

    28th March 2018, In the realm of the dwarves: How small is nano?

    On April 26, 2018, the Girls' Day will take place at the University of Duisburg-Essen on the Duisburg campus. Natural and engineering sciences courses are presented and practical experiments are conducted. Pupils of the 9th and 10th grade can gain exciting insights into the nanoworld. In the realm of the dwarves, students can immerse themselves in the nanoworld in the Evonik student laboratory with a high-resolution light microscope and a scanning electron microscope. In addition, a dye solar cell can be built up with the help of commercially available tea and the protective effect of sun milk products can be examined with a UV-Vis spectrometer.

    https://www.uni-due.de/girlsday/

  • 5th Ruhr Symposium

    28th March 2018, Functional Materials for Additive Manufacturing


    5th Ruhr-Symposium

    The Nano-research center NETZ/CENIDE of the University of Duisburg-Essen, together with the CAR-Center Automotive Research and D+S Automotive, organizes the annual Ruhr Symposium.
    This year the focus is on laser-based technologies in additive production and new and optimized materials. Renowned scientists and high-ranking industrial managers meet to exchange ideas on polymers, metals, composites and processing. Exciting contributions and discussions await you, among others with the following speakers:

    • Marcus Schäfer, Board Member Mercedes-Benz Cars, Production & SupplyChain Management, Daimler AG
    • Frank Götzke, Head of New Technologies, Bugatti Engineering GmbHDr. Ulrich Küsthardt, CIO,Evonik AG
    • Carl Fruth, Managing Director of Sintermask GmbH, FIT AG
    • Prof. Dr. Reinhart Poprawe, Member of the Presidium of the Fraunhofer-Gesellschaft
    • Tobias A. Schaedler, Head of Additive Manufacturing, HRL Laboratories (of Boeing & General Motors), Santa Barbara

    http://www.ruhr-symposium.de/

  • Forschen in den USA

    5th March 2018, Nano-Ingenieurin erhält Fellowship


    © privat

    Nervös? So wirkt Franziska Muckel kein bisschen. Dabei wird sich für die Nano-Ingenieurin der Universität Duisburg-Essen (UDE) einiges verändern: Erst macht sie Mitte März ihren Doktor, dann sagt sie der alten Umgebung ‚goodbye‘. Ab April forscht die 30-Jährige für ein Jahr in den USA; die Stelle finanziert ihr der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD).

    PRIME heißt das begehrte Programm, mit dem der DAAD begabte Postdocs unterstützt, ihre Karriere international fortzusetzen. Und damit die jungen Talente Deutschland nicht verloren gehen, werden sie anschließend an ihrer Heimat-Uni für ein weiteres halbes Jahr beschäftigt. 25 dieser besonderen Stipendien hat der DAAD diesmal vergeben.

    Franziska Muckel zieht es an die University of Washington in Seattle in die Arbeitsgruppe von David Ginger. Der Professor ist Experte für Perowskite, ein Material, das einen ganz neuen Typ von Solarzellen ermöglicht. „In seinem Team werde ich neue Materialien für kostengünstige Lichtsensoren entwickeln.“ Schon in ihrer Doktorarbeit hat sie sich mit der Technologie von morgen befasst: mit Bauelementen aus speziellen Halbleiter-Nanostrukturen mit magnetischer Funktionalität.

    In wenigen Wochen wird sie nun an einer der besten Universitäten der Welt arbeiten. Doktorvater und UDE-Professor Dr. Gerd Bacher – er kennt Franziska Muckel seit ihrem Bachelor-Studium – lässt sie gerne gehen: „Es ist ein wichtiger Schritt für ihre Karriere, zumal die Arbeitsgruppe meines Kollegen wirklich hervorragend ist. Außerdem kommt sie ja an die UDE zurück.“

    Weitere Informationen: Franziska Muckel, Werkstoffe der Elektrotechnik, Tel. 0203/379-3191, franziska.muckel@uni-due.de 

    Redaktion:
    Ulrike Bohnsack, Tel. 0203/379-2429; ulrike.bohnsack@uni-due.de

    Im Bild:
    Franziska Muckel. Foto: privat

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1219

  • Three junior professorships with tenure track

    6th February 2018, Wanted Smart heads


    (c) Freerangestock

    The application procedure for three junior professorships with tenure track in three faculties of the University of Duisburg-Essen (UDE) is currently underway in the field of nanosciences, which are coordinated by the Center for Nanointegration (CENIDE). We are looking for outstanding young professors who would like to further their academic and personal development.

    In total, the University of Duisburg-Essen occupies 23 new positions in the federal and state program for the promotion of junior scientists. The support and promotion of the young scientists takes place individually through the Graduate Center (GC Plus), the Tenure Track Program (TT Plus) and Human Resources Development (PE Plus) of the UDE. Furthermore, to bring all these bright minds together, we connect our offers in the Research Academy Ruhr with the Ruhr-University Bochum and the Technical University Dortmund. For the field of nanoscience suitable candidates are sought for the following junior professorships with tenure track:

    Junior Professor in "Imaging of Condensed Matter in the Time Domain"
    (Salary Class Group W1 LBesO W - with Tenure Track as per W2)

    Junior Professor in "Electrochemical Catalysis”
    (Salary Class Group W1 LBesO W - with Tenure Track as per W2)

    Junior Professor in "Process Technology for Electrochemical Functional Materials"
    (Salary Class Group W1 LBesO W - with Tenure Track as per W2)

    Profile Paper Junior Professor in "Process Technology for Electrochemical Functional Materials"
    ​(only in German availbale)

    Deadline for applications: February 28, 2018

     

    More Information:

    Dr. Tobias Teckentrup, 0049-203/379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de
    Editor: Julia Reinermann, 0049-203/379-8176, julia.reinermann@uni-due.de

  • Maßgeschneiderte Eigenschaften erlauben Einblicke in Quantenpunkte

    17th January 2018, Eines Tages könnten Quantenpunkte die Informationseinheit für Quantencomputer bilden. Noch gibt es viel über sie zu erforschen


    So kann man sich Quantenpunkte in einem Festkörper vorstellen. © Sascha Valentin

    Forscher der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Duisburg-Essen haben neue Erkenntnisse über Quantenpunkte gewonnen. Dabei handelt es sich um kleine Inseln in Halbleitern, in die sich einzelne Elektronen einsperren lassen. Sie könnten eines Tages die Informationseinheiten in Quantencomputern bilden. Durch fein justiertes Einstellen der Halbleiter-Eigenschaften erzeugten die Physiker besondere langlebige Energiezustände im Inneren der Quantenpunkte, die normalerweise zu instabil sind, um vermessen zu werden. Die Ergebnisse sind in „Physical Review B“ vom 15. Januar 2018 veröffentlicht. Den Beitrag zeichnete die Zeitschrift als Highlightartikel aus.

    Für die Studie kooperierte ein Forscherteam um Dr. Arne Ludwig vom Bochumer Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik mit Prof. Dr. Björn Sothmann von der Universität Duisburg-Essen im Rahmen des Materials-Chain-Forschungsverbundes der Universitätsallianz Ruhr.

    http://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2018-01-17-physik-massgeschneiderte-eigenschaften-erlauben-einblicke-quantenpunkte

  • Stabilisierte Radikale

    11th January 2018, Veröffentlichung in internationaler Fachzeitschrift


    (c) Nature Communications

    Radikale spielen eine zentrale Rolle in vielen chemischen Reaktionen: Die bindungsfreudigen Atome oder Moleküle sind stets auf der Suche nach einem passenden Bindungspartner und daher oftmals nur sehr kurzlebig. Ein neues Stabilisierungskonzept entdeckte jetzt die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stephan Schulz aus der Anorganischen Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE). Ihre Ergebnisse veröffentlichte die renommierte Zeitschrift Nature Communication.

    Prof. Schulz: „Unser Konzept beruht auf der Metallkoordination, mit der wir erfolgreich bestimmte antimon- und bismutzentrierte Radikale stabilisieren konnten. Dass es funktioniert, konnten wir in gelöster und fester Form nachweisen. Auch ihre elektronische Struktur ist geklärt dank quantenchemischer Berechnungen.“

    Radikal reduziert

    Den Wissenschaftlern gelang es zudem, das Antimon-zentrierte Radikal über eine gezielte Reduktionsreaktion erstmals dazu zu bringen, mit Gallium eine stabile Doppelbindung einzugehen, was ebenfalls ein sehr ungewöhnliches Strukturmotiv für diese Metalle ist. „Dies unterstreicht das große Synthesepotential derartiger Radikale“, erläutert Prof. Schulz.

    Weitere Informationen:
    https://www.nature.com/articles/s41467-017-02581-2
    Prof. Dr. Stephan Schulz, Anorganische Chemie, Tel. 0201/183-4635, stephan.schulz@uni-due.de

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Recruiting Top Researchers with EXMAC

    12th December 2017, DFG Award for UA Ruhr Project:


    The “International Research Marketing” ideas competition is an initiative of the Federal Ministry of Education and Research.

    The German Research Foundation awarded a 100,000 euros grant to the concept “EXPLORE Materials Chain (EXMAC)” at University Alliance Ruhr (UA Ruhr) in the “International Research Marketing” ideas competition. The researchers are thus able to turn their ideas into realities.

    The jury honors exemplary concepts that boost the visibility and draw of German research on an international level and attract highly qualified staff to join collaborations and research projects in Germany.

    The Rectors of the three universities strategically affiliated in University Alliance Ruhr, namely Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University and the University of Duisburg-Essen, have stressed that the grant constitutes a highly encouraging signal for the science hub Ruhr and for its junior researchers active in a growing field that breaks new ground in the region.

    The idea for EXMAC was developed in collaboration with the Research Academy Ruhr (RAR), an organization in charge of pooling and coordinating all funding sources and activities for junior researchers at UA Ruhr. Providing a dedicated qualification program and coordination support, RAR will also be involved in the implementation of the current measures.

    Establishing international networks in good time

    Forging global networks and maintaining a strong international visibility are decisive factors for a successful career in research. EXMAC will attract international expertise to the Ruhr area, thus helping the region become an outstanding science and research hub.

    It is now the turn of junior researchers at UA Ruhr in the fields of material science and technology to show initiative: up to 30 junior researchers in the flagship program Materials Chain have the opportunity to recruit international postdocs via EXMAC.

    For the period of two weeks, the visiting researchers will be conducting joint research projects or draw up funding applications together with their hosts and network with professionals in the Ruhr knowledge region. Moreover, promising junior researchers will be given the chance to present and discuss their projects with experienced experts at the “Materials Chain International Conference”: Materials Chain unites 240 international research groups under one roof.

    University Alliance Ruhr

    Since 2007, Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University and University of Duisburg-Essen have been collaborating strategically under the umbrella of UA Ruhr. By pooling their forces, all three partner universities optimize their performance. “Three universities, one community, endless opportunities” has been the principle applied to more than 100 cooperations in research, academia and administration. With approx. 115,000 students and 1,300 professors, UA Ruhr is one of the largest and most powerful research hubs in Germany.

    Additional information: http://www.uaruhr.de/
    Dr. Hans Stallmann, UA Ruhr Coordinator, phone: 0234/32-27232, hans.stallmann@uaruhr.de

    Editor: Beate Kostka, phone: 0203/379-2430, beate.kostka.uni-due.de

    https://www.uni-due.de/2017-12-07-exmac-netzwerk

  • TRR 80 für weitere vier Jahre gefördert

    11th December 2017, Weitere 8,8 Mio. € für die Erforschung elektronisch korrelierter Materialien


    (c) TRR80

    Der Transregionale Sonderforschungsbereich TRR 80 „Von elektronischen Korrelationen zur Funktionalität“ ist zum zweiten Mal als exzellenter Forschungsverbund mit internationaler Ausstrahlung evaluiert worden und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für vier weitere Jahre gefördert. Prof. Dr. Rossitza Pentcheva leitet darin zwei Projekte: Eines zum Verständnis fundamentaler Mechanismen, die das Auftreten von neuartigem elektronischem Verhalten an Übergangsmetalloxid-Grenzflächen steuern, in einem weiteren Projekt beschäftigt sie sich mit dem Verständnis und der Optimierung solcher Systeme als vielversprechende thermoelektrische Bauelemente.

    Die Forschung des TRR 80 basiert auf der Synthese neuer Materialien mit starken Wechselwirkungen zwischen den Ladungsträgern, den Elektronen. Es werden hochreine Einkristalle, Dünnfilme, Grenzflächen und Heterostrukturen mit atomarer Präzision hergestellt. Die strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften der Proben werden mit einer Vielzahl moderner Methoden untersucht – unter anderem an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching bei München. Die Messergebnisse werden mit eigens entwickelten Konzepten zur Beschreibung korrelierter Elektronen theoretisch modelliert.

    Zur Forschungsförderung in Höhe von 8,8 Millionen Euro kommen 1,76 Millionen Euro hinzu, die der Stärkung der Grundausstattung an den beteiligten Institutionen dienen. Der an der Universität Augsburg verortete Forschungsverbund wird von der Technischen Universität München mitgetragen und durch Partner des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart, der Universität Duisburg-Essen sowie des Walther-Meißner-Instituts der Bayerischen Akademie der Wissenschaften ergänzt. Prof. Dr. Rossitza Pentcheva von der Universität Duisburg-Essen (UDE) verantwortet darin gemeinsam mit Kollegen der Universität Augsburg sowie dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung zwei Projekte: Das Teilprojekt G3 „Interface Induced Electronic States in Correlated Matter“ befasst sich mit dem grundlegenden Verständnis und der Vorhersage sowie der experimentellen Realisierung neuartiger elektronischer und vor allem topologisch nichttrivialer Phasen an Oxidgrenzflächen. Der Fokus liegt auf Systemen, die ein Zusammenspiel aus elektronischen Korrelationen und starker Spin-Bahn-Kopplung aufweisen. Im Teilprojekt G8 “Thermoelectric Properties of Transition-Metal Oxide Thin Films and Superlattices” geht es um die Optimierung der thermoelektrischen Eigenschaften in Oxidheterostrukturen durch Ausnutzung der reduzierten Dimensionen, der kristallographischen Orientierung und der selektiven grenzflächeninduzierten Dotierung.

    Von kollektiver Elektronenbewegung …

    Falls sich, anders als in normalen Metallen oder Halbleitern, Elektronen nicht nahezu unabhängig voneinander bewegen können, ist eine Beschreibung des Verhaltens mit Standardmethoden unmöglich. Andererseits führen Elektronenkorrelationen zu neuen, quantenmechanisch verschränkten, isolierenden, metallischen, magnetischen oder supraleitenden Zuständen, deren Erforschung nicht nur aus Grundlagensicht sehr vielversprechend ist.

    … zu neuartigen Funktionalitäten …

    Nachdem in der ersten Projektphase des Transregio von 2010 bis 2013 neue und weltweit einzigartige Methoden zur Untersuchung dieser Phänomene entwickelt wurden, kamen diese in der zweiten Projektphase von 2014 bis 2017 für eine Reihe von Fragestellungen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Magnetismus und Supraleitung, zum Einsatz. Im Blickpunkt der nun bewilligten dritten Förderperiode stehen sogenannte „topologisch geschützte“ Materialien. Diese weisen besondere Anregungen, die den Charakter neuer elementarer Teilchen haben, oder auch neuartige Oberflächen- und Randzustände auf. Hierzu zählen spezielle Wirbelstrukturen in Magneten und Grenzflächen zwischen speziellen Isolatoren, an denen zweidimensionale Supraleitung, eine erhöhte Kapazität oder verstärkte Thermoelektrizität beobachtet werden.

    … und deren Anwendungspotential

    Einige der hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden angewandt, um kommende Generationen elektronischer Bauelemente zu entwickeln. Die im TRR 80 entdeckten und untersuchten Wirbelstrukturen in Magneten besitzen großes Anwendungspotential für schnellere und effizientere Datenspeicher. Die neuen Grenzflächeneffekte können im Bereich der Energiespeicherung und -umwandlung zu einer signifikanten Verbesserung der kapazitiven und thermoelektrischen Eigenschaften führen. Schließlich werden im Transregio spezielle magnetische Materialien entwickelt, in denen völlig neuartige topologische Anregungen für die Realisierung von Quantencomputern vermutet werden.

    Nachwuchsförderung unter besten Bedingungen und auf höchstem Niveau

    Die bewilligten Finanzmittel werden überwiegend dem wissenschaftlichen Nachwuchs zugutekommen. In 21 Teilprojekten werden 32 Doktorandinnen und Doktoranden entscheidend zur Erreichung der Forschungsziele beitragen. Für den Besuch nationaler und internationaler Konferenzen stehen ausreichende Mittel zur Verfügung. Im Rahmen einer sogenannten „Integrated Research Training Group“ können die Nachwuchswissenschaftlerinnen und –wissenschaftler eigenständig kleinere Projekte bearbeiten sowie Workshops und Sommerschulen organisieren. Verschiedene Soft-Skill-Kurse ergänzen das Angebot.

    Bestens geglückter Generationenwechsel

    Bei der Begutachtung im September 2017 wurde dem TRR 80 weltweite Sichtbarkeit bescheinigt, besonders gelobt wurde die von seinen Forscherinnen und Forschern generierte sprühende Vielfalt neuer Ideen und Methoden. Insbesondere sei auch der mittlerweile vollzogene Generationenwechsel in der Leitung bestens geglückt, der TRR 80 sei damit für die kommenden Jahre hervorragend aufgestellt. „Ich bin sicher, dass wir als internationales Kompetenzzentrum für Elektronische Korrelationen und Magnetismus auch in den kommenden vier Jahren weltweit sichtbar sein werden“, so Sprecher Philipp Gegenwart, der überzeugt ist: „Für die langfristig erfolgreiche Entwicklung dieses zukunftsweisenden Arbeitsgebiets haben wir durch die Fortsetzung unseres Transregio-Sonderforschungsbereichs hervorragende Voraussetzungen.“

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, 0203 379-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

    Redaktion: Pressestelle der Universität Augsburg

  • UDE: Literaturpreis des Fonds der chemischen Industrie 2017

    27th November 2017, Prof. Dr. Carsten Schmuck


    © VCI

    Der mit 15.000 Euro dotierte Literaturpreis des Fonds der Chemischen Industrie (FCI) geht u.a. an Professor Dr. Carsten Schmuck von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Er ist einer von drei Autoren, die für ihre Neubearbeitung des Lehrbuch-Klassikers „Beyer/Walter: Organische Chemie“ ausgezeichnet wurden.

    Die Autoren, Tanja Schirmeister, Carsten Schmuck und Peter Wich, legten eine überzeugende Neubearbeitung des Traditionslehrbuches vor. Damit haben sie diesen Organik-Klassiker quasi neu erschaffen, heißt es in der Begründung. Denn dank ihrer umfassenden Bearbeitung entstand ein didaktisch überzeugendes Lehrbuch für Studierende, das das Lehrgebiet Organische Chemie klar, lebendig und abwechslungsreich darstellt. Der „Beyer/Walter“ ist bereits das dritte erfolgreiche Lehrbuch, an dem Schmuck mitgearbeitet hat.

    Carsten Schmuck, Jahrgang 1968, studierte Chemie an der Ruhr-Universität Bochum. Nach seiner Promotion ging er mit einem Feodor-Lynen-Stipendium für ein Jahr als Postdoc an die Columbia University in New York und habilitierte sich 2001 in Organischer Chemie an der Universität zu Köln. Ein Jahr später erhielt Schmuck den Ruf der Universität Würzburg auf eine C3-Professur für Organische Chemie. Seit 2008 hat er den Lehrstuhl für Organische Chemie 2 an der Universität Duisburg-Essen inne.

    Der Fonds der Chemischen Industrie wurde 1950 gegründet und ist das Förderwerk des Verbandes der Chemischen Industrie. 2017 stellt er zwölf Mio. Euro für die Grundlagenforschung, den wissenschaftlichen Nachwuchs und den Chemieunterricht an Schulen zur Verfügung. Seit 1970 würdigt der Fonds-Literaturpreis Autoren und Herausgeber, die zu einem breiten Verständnis chemiebezogener Themen beitragen.

     

    Weitere Informationen: http://www.vci.de/fonds

    Hinweis für die Redaktion: Ein Foto der Preisträger (v.l.: Carsten Schmuck, Tanja Schirmeister und Peter Wich, Fotonachweis: VCI) stellen wir Ihnen unter folgendem Link zur Verfügung: http://www.uni-due.de/de/presse/pi_fotos.php

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Weißes Licht aus der Fläche

    27th October 2017, LED Professional Science Award für UDE-Wissenschaftlerin


    (c) AG Nannen, Solid State Lighting

    Sie sind biegsam, lassen sich unter normalen Raumbedingungen direkt aufdrucken und haben ein breites Spektrum: Lichtemittierende elektrochemische Zellen, LECs, versprechen dank beweglicher Ionen all das, was gewöhnliche LEDs nicht können. Nur ausgerechnet weiß leuchten konnten sie bisher nicht. Doch einem Team der Universität Duisburg-Essen (UDE) um Dr.-Ing. Ekaterina Nannen ist es nun gelungen, weiße Prototypen herzustellen. Dafür wurde die Nachwuchsgruppe mit dem LED Professional Science Award ausgezeichnet.

    LECs werden hoch gehandelt in vielen Branchen: Für illuminierte Aufkleber, selbstleuchtende Regenkleidung, im Ganzen strahlende Fassaden oder die Ambient-Beleuchtung im Fahrzeug. Dass es hier ausgerechnet noch am im Alltag so wichtigen weißen Licht haperte, ärgerte Wissenschaft wie Industrie.

    Dr. Ekaterina Nannen und Julia Frohleiks aus der Arbeitsgruppe „Solid State Lighting“ vom Lehrstuhl „Werkstoffe der Elektrotechnik“ haben nun erstmals gelbe LECs mit blauen Quantenpunkten kombiniert. Quantenpunkte sind nur rund 5 Nanometer große Strukturen, die ganz eigenen physikalischen Gesetzen gehorchen. Das Ergebnis dieser Fusion sind stabile, weiß leuchtende Lichtemitter mit allen Vorzügen der LECs.

    Die Prototypen schlagen Wellen in der Branche, denn die Farbe von LECs lässt sich nur sehr schwierig verändern. „Daher haben wir uns für die Hybride mit Nanostrukturen entschieden“, erklärt Nannen. „Deren Farbe lässt sich recht einfach über die Größe der Partikel einstellen.“

    Für diesen „bemerkenswerten Grad an Neuheit“ wurde das Team um Nannen auf der führenden europäischen Lichttechnologiekonferenz in Bregenz (Österreich) mit dem „LED Professional Science Award“ ausgezeichnet. Die Jury bescheinigt den Ergebnissen „einen wichtigen Einfluss auf die weitere Forschung und Entwicklung“.

     

    Bildbeschreibung: Gelbe LECS kombiniert mit blauen Quantenpunkten (QDs) ergeben in Kombination weiß leuchtende Hybride (QLECs).

    Weitere Informationen:
    Dr.-Ing. Ekaterina Nannen, ekaterina.nannen@uni-due.de, NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ), Carl-Benz-Str. 199, 47057 Duisburg

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Zwei Tage volles Programm

    26th October 2017, IUTA-Workshops


    (c) IUTA

    Duisburg ist gleich zweimal das Ziel für rund 250 Experten aus Industrie und Forschung: Das IUTA Institut für Energie- und Umwelttechnik an der Universität Duisburg-Essen (UDE) lädt am 7. November zum Analytiktag und zwei Tage später zum Filtrationstag ein.

    Mikro-Technologie – großes Potenzial: Beim Analytiktag dreht sich alles um miniaturisierte Trenn- und Detektionsverfahren. Die gehören in Laboren noch nicht zum Standard, versprechen aber je nach Anwendung Einsparungen bei Lösungsmitteln, Kühlung und Platz. Vorgestellt wird unter anderem, wie ein miniaturisierter Flammenionisationsdetektor als Feldgerät genutzt wird oder ein digitalisiertes Modellabor für miniaturisierte Analytik aussehen kann. 

    Industrielle Filtration 4.0: Beim Filtrationstag dreht sich alles um die neuesten Entwicklungen der Sensortechnik. Experten aus Wissenschaft und Praxis präsentieren ihre aktuellen Erkenntnisse zur Sensortechnik im Bereich der Gas- und Partikelfiltration. So geht es beispielsweise um Gassensorsysteme zur Überwachung der Innenraumluftqualität. Außerdem geben IUTA-Mitarbeiter Einblick in ihre Forschungsprojekte. 

    Beide Veranstaltungen haben neben den Fachvorträgen auch begleitende Industrieausstellungen auf dem Programm stehen. 

     

    Weitere Informationen:
    Dipl.-Chem. Hartmut Finger, Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA), 02065 418-410, finger@iuta.dewww.iuta.de

    Redaktion: Cathrin Becker, Tel. 0203/379-1488

  • Projekt zu Nano-Schichtsystemen gegen Verschleiß

    23rd October 2017, Neue Dortmund-Duisburger Kooperation


    Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Schutzschicht gegen Verschleiß: Bereits während der Produktion der Keramikschicht (grün) wurden Titan-Carbonitrid-Partikel (rot) in das Material eingebettet. Die Röntgenanalyse (farbiger Bereich) zeigt die gewünschte Struktur aus Grundmaterial mit den eingebetteten Partikeln. (© UA Ruhr, Dennis Kiesler)

    Für ihr gemeinsam bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) beantragtes Projekt zur Dünnschichttechnologie erhalten die Arbeitsgruppen von Prof. Einar Kruis (Universität Duisburg-Essen, UDE) und Prof. Wolfgang Tillmann (Technische Universität Dortmund, TUDo) insgesamt rund 755.000 Euro für drei Jahre.

    Nanokomposite sowie deren Eigenschaften stehen seit Jahren im Fokus vieler Forschungsvorhaben in der Dünnschichttechnologie. Bislang werden Schichtstruktur und Phasenkomposition jedoch durch thermodynamische Gleichgewichtsbedingungen während des Wachstums begrenzt. Die Varianten der möglichen Schichtwerkstoffe sind somit eingeschränkt: Die herausragenden tribo-mechanischen Eigenschaften des Nanoverbundes können so vielfach nicht genutzt werden.

    Kruis und Tillmann planen daher, im Projekt "Grundlagenuntersuchungen zur Synthese neuartiger Nanokompositschichtsysteme mittels externer Nanopartikeleindüsung" erstmalig eine nahezu werkstoffunabhängige Abscheidung zu ermöglichen. Dazu wollen sie die Schichtbildung der zweiten Phase räumlich von der Synthese der ersten Phase trennen: Eine Vorrichtung zur Nanopartikelinjektion mit aerodynamischem Linsensystem wird hierfür mit einer PVD-Sputteranlage kombiniert. Dabei wird die Matrixkomponente aus Chromnitrid mittels konventioneller Magnetron-Sputtertechnologie synthetisiert und zeitgleich ein Nanopartikelstrom aus 20 nm großen Titan/Titannitrid-Partikeln eingeleitet. Ein modulares Linsenarray ermöglicht dabei die flächige Abscheidung sogar bei den unterschiedlichen Arbeitsdrücken von Synthese und Schichtbildung.

    Ziel ist es, die Nanopartikelbeladung der Schichten geplant einzustellen und so die Klasse der mischbaren Nanokomposite grundlegend zu verstehen. Neben der strukturellen Ebene werden dabei auch die resultierenden tribo-mechanischen Schichteigenschaften im Detail untersucht. Insbesondere die Mechanismen zur Ausbildung der Schichtstruktur und die möglichen Vorgänge an den Phasengrenzen zwischen Nanopartikel und Matrixwerkstoff tragen so zum Verständnis der noch unerforschten Werkstoffklasse bei.

    Der Förderanteil für die UDE beträgt rund 350.000 Euro, die TUDo erhält 405.000 Euro. Das Analytikzentrum „Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale“ (ICAN) im NETZ wird einen wichtigen Beitrag zu diesem Projekt leisten.

    Bildbeschreibung: Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Schutzschicht gegen Verschleiß: Bereits während der Produktion der Keramikschicht (grün) wurden Titan-Carbonitrid-Partikel (rot) in das Material eingebettet. Die Röntgenanalyse (farbiger Bereich) zeigt die gewünschte Struktur aus Grundmaterial mit den eingebetteten Partikeln. (© UA Ruhr, Dennis Kiesler)

    Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Frank Einar Kruis, 0203 379-2899, einar.kruis@uni-due.de

  • Physiker und Energy Scientist ausgezeichnet

    18th October 2017, Herausragende Studien- und Promotionsleistungen


    (c) Sparkasse Duisburg

    Für seine Promotion in der Arbeitsgruppe von Prof. Heiko Wende ist Dr. Joachim Landers mit dem Duisburger Sparkassenpreis 2017 ausgezeichnet worden. Magdulin Dwedari aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dietrich Wolf wurde für ihre herausragende Bachelorarbeit im Studiengang „Energy Science“ geehrt.

    Landers’ Promotion trägt den Titel „Study of magnetic relaxation dynamics in soft matter nanoparticle composite systems“. Seine Auszeichnung ist mit 2.000 Euro dotiert.

    Dwedari beschäftigte sich in der Theoretischen Physik mit dem „Modelling eines Absorbers für die Energieumwandlung von Licht in Elektrizität“. Sie darf sich über ein Preisgeld von 1.000 Euro freuen.

    Die Preise wurden am 17. Oktober vom Vorstandsvorsitzenden der Sparkasse Duisburg, Dr. Joachim Bonn, Uni-Rektor Prof. Dr. Ulrich Radtke sowie Bürgermeister Manfred Osenger überreicht. Seit 1993 fördert die Sparkasse Duisburg den wissenschaftlichen Nachwuchs in ihrer Stadt. Getreu dem Motto „Leistung muss sich lohnen“ lobt sie alljährlich Prämien für Doktorarbeiten und Studienabschlüsse aus.

     

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • „Gemeinsam die PS auf die Straße bringen“

    17th October 2017, RUHR-Symposium 2017


    Der Raum im Fraunhofer-inHaus-Zentrum ist an diesem 12. Oktober bis in die letzte Reihe gefüllt, die rund 200 Teilnehmer hören konzentriert zu: Das mittlerweile vierte RUHR-Symposium führte erneut Entscheider aus der Industrie und richtungsweisende Wissenschaftler zusammen, diesmal auf dem Gebiet funktionaler Materialien für Batterien. Bei der eröffnenden Podiumsdiskussion lieferten sich NRW-Wirtschaftsminister Prof. Dr. Andreas Pinkwart und Dr. Werner Müller, u. a. Aufsichtsratsvorsitzender der Evonik Industries AG, einen hitzigen Schlagabtausch.

    Er sagt nicht „Ruhrgebiet“, sondern spricht demonstrativ und konsequent von der „Metropole Ruhr“: „Die Metropole Ruhr hat schon gezeigt, dass sie Wandel kann. Diese PS aus den Universitäten, den Fachhochschulen, den Max-Planck- und den Fraunhofer-Instituten sowie den Unternehmen – die gilt es nun auch auf die Straße zu bringen“, so Minister Pinkwart. Das meint er wörtlich, denn er spricht von Mobilität, die „wir neu denken“ müssten hinsichtlich Elektromobilität, Umweltschutz und autonomes Fahren. Evonik-Aufsichtsratsvorsitzender Müller hingegen sieht auch die Politik in der Pflicht, die Voraussetzungen für eine gewisse Risikobereitschaft sowohl für Großkonzerne als auch für kleine und mittelständische Unternehmen zu schaffen.

    Funktionale Materialien für Batterien standen im Mittelpunkt der Veranstaltung an der Universität Duisburg-Essen (UDE). Etwas mehr als die Hälfte der diesjährigen Teilnehmer kamen aus der Industrie, die anderen rund 40 Prozent stellten führende Wissenschaftler thematisch relevanter Forschungsgebiete. Zu den Rednern gehörten hochrangige Vertreter unter anderem von Evonik, BASF, Daimler, LG Chem, Volkswagen und Samsung sowie leitenden Wissenschaftler der UDE, der TU Braunschweig sowie des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim.

    Es ging um aktuelle sowie zukünftige Material-, Zell- und Systementwicklungen: Vertreter der Autoindustrie berichteten von ihren Erfahrungen mit Lithium-Ionen-Batterien, Wissenschaftler stellten den diesbezüglich aktuellen Stand der Forschung vor. Die diskutierten Aspekte reichten vom Aufbau des ionenspeichernden Materials bis hin zu Vorgaben für wirtschaftlich relevante Ladezeiten. Die Teilnehmer nutzten dabei ausführlich die Gelegenheiten zur Diskussion – sowohl direkt im Anschluss an die Vorträge als auch in den Pausen.

    Die nach wenigen Anmeldetagen bereits ausgebuchte Führung durch das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) gab zudem den Teilnehmern die Gelegenheit, sich die Labore für Nanomaterialsynthese und Batterieforschung sowie das Mikroskopiezentrum anzusehen.

    Das RUHR-Symposium findet jährlich statt und ist eine gemeinsame Veranstaltung des Centers for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), des CAR-Centers Automotive Research sowie der D+S Automotive GmbH. Ziel ist es, die Zusammenarbeit von Industrie und Akademia zu vertiefen und eine Tauschbörse für Ideen und Innovationen zu schaffen.

    „Additive Manufacturing“ wird das Thema des kommenden RUHR-Symposiums im Herbst 2018 sein.

     

    Weitere Informationen:
    Jan Wortberg, Tel. 0203 3061247, jan.wortberg@ds-automotive.dewww.ruhr-symposium.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1193

  • Forschen nach Frequenzen

    17th October 2017, Prof. Nils G. Weiman ist neu an der UDE


    Riesige Datenpakete superschnell drahtlos übertragen, hochauflösende Radartechnik für den autonomen Verkehr: Terahertzkomponenten gehört die Zukunft. Mit ihnen befasst sich Nils Weimann (48) als neuberufener Professor für Halbleitertechnologie an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen (UDE). Zugleich hat er den Lehrstuhl für Bauelemente der Höchstfrequenztechnik übernommen.

    Schwerpunkt seiner künftigen Forschung an der UDE sind die Bauelemente der Höchstfrequenztechnik. Mit ihnen sollen Frequenzbereiche erreicht werden, die mit gegenwärtig verfügbaren Technologien noch nicht abgedeckt werden können. Insbesondere für den Bereich zwischen 300 und 3.000 Gigahertz (GHz) fehlen Komponenten, die kostengünstig industriell hergestellt werden können.

    Weimann setzt dazu auf sogenannte III-V Halbleitermaterialien, etwa Indiumphosphid (InP), das sich für höchste Frequenzen besser eignet als das ansonsten übliche Silizium. Voraussetzung ist allerdings, dass die Bauelemente kleiner sind als 100 Nanometer. Weimann: „Um solche Strukturen realisieren zu können, bekommt unser Reinraum noch eine höchstauflösende Elektronenstrahl-Lithografieanlage.“

    Nils Weimann studierte Physik an den Universitäten Freiburg (1990 bis 1992) und Stuttgart (1992 bis 1996) und schloss sein Studium 1996 mit Auszeichnung ab. Nach der Promotion (1999) an der Cornell University, USA forschte er dreizehn Jahre für die Bell Laboratories, der Entwicklungsabteilung von Nokia: bis 2002 in den Abteilungen Höchstfrequenztechnik und Halbleiterforschung, danach als Leiter einer Forschergruppe zur Verbindungshalbleiter-Elektronik. Bevor er an die UDE kam, war er am Berliner Ferdinand-Braun-Institut Wissenschaftlicher Mitarbeiter (2012/13) und dann Leiter der Arbeitsgruppe InP-Bauelemente.

     

    Weitere Informationen: Prof. Nils G. Weimann, Ph.D., 0203 379-3391, nils.weimann@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, 0203 379-1487

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1194

  • ICAMS Triple: Congratulations to our new professors

    17th October 2017, Inaugurational Lectures


    Fathollah Varnik, Rebecca Janisch and Godehard Sutmann (from left to right) (c) ICAMS, RUB.
    ICAMS is very pleased to congratulate PD Rebecca Janisch, Professor Fathollah Varnik and Professor Godehard Sutmann on their new positions as senior scientists at ICAMS. The three scientists gave their inaugural lectures on Tuesday, October 17. Rebecca Janisch was presented with her habilitation certificate and Facultas Docendi by the Faculty of Mechanical Engineering’s Dean, Prof. Dr.-Ing. Roland Span. In a small reception following the lectures, the newly appointed professors celebrated their professional achievements with family members, friends, colleagues and students.
  • NRW-Nano-Konferenz erweitert Spektrum um Neue Materialien

    10th October 2017, Nanotechnologie und neue Materialien


    (c) CENIDE

    Die Stadt Dortmund und das Kongresszentrum Westfalenhallen Dortmund werden am 21. und 22. November 2018 Schauplatz der NRW-Nano-Konferenz. In der entscheidenden Beiratssitzung wurde jetzt der Startschuss für die 8. Auflage der alle zwei Jahre stattfindenden Konferenz gegeben. Auch zwei CENIDE-Mitglieder nahmen an der Sitzung teil.

    Wirtschafts- und Digitalminister Prof. Dr. Andreas Pinkwart sagte im Vorfeld der Beiratssitzung: „Für den technologischen Fortschritt braucht es Kompetenzen in Schlüsselbereichen, wie Neue Werkstoffe und Produktionstechnik. Die Nanotechnologie spielt als Innovationstreiber dabei eine immer größere Rolle. Nordrhein-Westfalen besitzt eine exzellente Expertise von internationalem Rang. Das zeigt sich auch durch die erfolgreiche Serie der NRW Nano-Konferenz, die auf höchstem Niveau Wirtschaft und Wissenschaft vernetzt und damit die Entstehung von Innovationen fördert.“

    Der Beirat war sich einig, dem Thema „Gründungen und Start-Ups“ bei der Konferenz im Kontext der zahlreichen zu erwartenden Young Academics einen besonderen Stellenwert zu geben. Bereits bei der 7. NRW Nano-Konferenz hatten sich über 110 Young Academics auf den neu eingeführten „Call for Posters“ beworben, um aktuelle Arbeiten auf dem Expertentreffen einem breiten Fachpublikum in einer Postersession vorzustellen. Aufgrund des positiven Feedbacks der zahlreichen Einreicher wird es auch auf der 8. NRW Nano-Konferenz wieder einen Call for Posters geben. Darüber hinaus wird ein „Call for Presentations“ etablierten Wissenschaftlern, Industrieakteuren, aber auch dem wissenschaftlichen Nachwuchs die Gelegenheit bieten, Ideen und Projekte auf der Konferenz zu präsentieren. Ein gezieltes Business-Matchmaking intensiviert wie gewohnt die Vernetzung der Akteure und die Aussteller haben die Gelegenheit, sich in kurzen Business-Pitches vorzustellen.

    Die vom Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen und dem Cluster NMWP.NRW organisierte 8. NRW Nano-Konferenz wird gemeinsam mit der Wirtschaftsförderung Dortmund veranstaltet.

     

    Redaktion und weitere Informationen:
    Hendrik Köster, 0211 385459-16, hendrik.koester@nmwp.de

  • Erfolgsfaktor Batterie?

    12th September 2017, 4. RUHR-Symposium mit NRW-Wirtschaftsminister Pinkwart

    Reichweite erhöhen, Ladezeiten verringern, Kosten senken, mehr Produktionskapazität – noch sind einige Herausforderungen zu meistern, bevor sich Elektrofahrzeuge auf dem Markt durchsetzen können. Funktionale Materialien für Batterien stehen daher im Mittelpunkt des 4. RUHR-Symposiums am 12. Oktober an der Universität Duisburg-Essen (UDE). Veranstaltungsort ist das Fraunhofer-inHaus-Zentrum, 47057 Duisburg, Forsthausweg 1.

    Hier treffen sich 200 führende Vertreter aus Industrie, Politik und Wissenschaft. Zu den Hauptrednern gehören NRW-Wirtschaftsminister Prof. Dr Andreas Pinkwart, Dr. Werner Müller, Aufsichtsratsvorsitzender der Evonik Industries AG, sowie Prof. Dr. Ferdi Schüth, Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft. Veranstalter sind das Center for Nanointegration (CENIDE) und das Center Automotive Research (CAR) der UDE.

    Tauschbörse für Ideen und Innovationen

    Im Fokus stehen aktuelle sowie zukünftige Material-, Zell- und Systementwicklungen. Bleibt die Lithium-Ionen-Batterie zu Recht der technische und wirtschaftliche Hoffnungsträger? Und wie gelingt der Sprung vom Prototypen aus dem Labor zur rentablen Batteriezellproduktion? Darüber diskutieren u. a. Experten von Daimler, VW, BASF, Samsung, der TU Braunschweig und der UDE.

    Interessierte haben die Gelegenheit, sich um 13 Uhr (Anmeldung erforderlich) die Labore für Batterieforschung und das Mikroskopiezentrum im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) anzusehen.

    Weitere Informationen und Anmeldung:
    Ruhr-Symposium
    Jan Wortberg, Tel. 0203/306-1247, jan.wortberg@ds-automotive.de

    Redaktion: Steffi Nickol, Tel. 0203/379–8177, steffi.nickol@uni-due.de, www.cenide.de

    https://www.uni-due.de/2017-09-12-ruhr-symposium

  • Posterpreis für Baris Alkan

    5th September 2017, European Aerosol Conference


    (c) benyfoto / pixelio.de

    Für sein Poster „Synthesis and characterization of perovskite nanoparticles for oxygen evolution catalysis“ ist Baris Alkan aus der AG C. Schulz/Wiggers mit dem Posterpreis der European Aerosol Society 2017 ausgezeichnet worden.

    Die Preisverleihung fand auf der European Aerosol Conference (EAC) vom 27. August bis 1. September 2017 in Zürich (Schweiz) statt.

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1186

  • 1st Sino-German Symposium “Modelling and Experiment of Material-Oriented Micro/Nano Manufacturing”

    3rd September 2017, Materials scientists from Ruhr-Universität Bochum and TU Dortmund visit Harbin


    Group photo of the symposium.

    The 1st Sino-German Symposium “Modelling and Experiment of Material-Oriented Micro/Nano Manufacturing”, fully funded by the Sino-German Center for Research Promotion, was successfully held in Harbin, China from September 3-8, 2017. The symposium was co-organized by Ruhr-University Bochum, Germany and Harbin Institute of Technology, China. The chairman from German side is Prof. Alexander Hartmaier from Ruhr-University Bochum, who is also the Chairmen of Germany Materials Society and the Adjunct professor of Chang Jiang (Yangtze River) Distinguished Scholar in China. The chairmen from Chinese side are Prof. Tao Sun and Prof. Yongda Yan from Harbin Institute of Technology. The symposium invites 12 German delegates from Ruhr-University Bochum, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, University of Kaiserslautern, Karlsruhe Institute of Technology, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden, Fraunhofer-Institute für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg, and TU Dortmund, 1 delegate from University of California, US, and 19 Chinese delegates from Harbin Institute of Technology, Tsinghua University, Fudan University, Hunan University, Southwest Jiaotong University, Shanghai Jiao Tong University, Jiaxing University, Dalian University of Technology, Tianjin University, Beijing Institute of Technology, Institute of Mechanics at Chinese Academy of Sciences and Jilin University.

    In the symposium, delegates from Germany and China had intensive discussion on the topics of micro/nano fabrication technologies and key components, process analysis and characterization, modeling and simulation, surface engineering, research synergies between precision machining and wear. Meanwhile, delegates visited the Museum and laboratories of Harbin Institute of Technology. The symposium provided an important platform for producing new contacts between scientists from different disciplines of mechanical engineering and materials science, which is of significant importance in establishing long-term cooperation between scientists from China and Germany.

  • Magnetische Nanopartikel für die Theranostik

    1st September 2017, Gastprofessur in Moskau


    (c) NUST

    In diesem und im kommenden Jahr tauscht PD Dr. Ulf Wiedwald für eine Zeit die Salvatorkirche gegen die Basilius-Kathedrale und den Magic Mountain gegen den Roten Platz: Er hat sich gegen internationale Konkurrenz durchgesetzt und ist zum Visiting Professor an die international renommierte National University of Science and Technology (NUST) «MISiS» in Moskau (Russland) berufen worden.

    Den Kontakt zum „Biomedical Nanomaterials Laboratory“ von Prof. Alexander Majouga und Dr. Maxim Abakumov sowie zum „Department of Physical Materialogy“ von Prof. Alexander Savchenko hält Wiedwald schon lange: Gemeinsam arbeiten sie an Partikeln für die „Theranostik“: magnetischen Nanomaterialien, die gleichzeitig für Diagnose und Therapie von Krebserkrankungen eingesetzt werden können.

    Zweimal je drei Wochen wird der Physiker in diesem Jahr und 2018 an der NUST verbringen. Neben der Forschung steht auch die Lehre parallel zum gemeinsamen Projekt auf seiner Agenda.

    Dabei reizen Wiedwald besonders zwei Dinge an der Kooperation: „Um unser Projekt erfolgreich zu führen, müssen wir viele Forschungsrichtungen zusammenbringen, das ist sehr bereichernd. Dazu kommt meine kulturelle Neugier auf die russische Mentalität, die ich bei meinen bisherigen Besuchen schon als sehr angenehm empfunden habe.“

    Weitere Informationen:
    PD Dr. Ulf Wiedwald, 0203 379-2633, ulf.wiedwald@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php/1183

  • Nanopartikel aus der Sprayflamme

    24th August 2017, Neues DFG-Schwerpunktprogramm startet


    Blick auf die obere Etage der Nanopartikelsyntheseanlage im NanoEnergieTechnikZentrum. Foto: CENIDE

    Ob als Energiespeicher, Katalysator, Lichtemitter oder für die medizinische Diagnostik: Um hochreine funktionale Nanomaterialien aus einer Vielzahl chemischer Elemente herstellen zu können, muss man die ablaufenden Prozesse verstehen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert dieses Ziel zunächst für drei Jahre mit insgesamt 8,5 Mio. Euro als Schwerpunktprogramm (SPP 1980). Sprecher ist Professor Dr. Christof Schulz von der Universität Duisburg-Essen (UDE). An sieben der kürzlich genehmigten 16 Teilprojekte ist die UDE beteiligt.

    Viele Materialien offenbaren neue Eigenschaften, wenn man sie aus winzigen Partikeln zusammensetzt, also nanostrukturiert. Ein Weg dazu ist die Sprayflammensynthese: Die benötigten Vorgängerstoffe werden wie bei einem Parfumzerstäuber in eine Flamme gesprüht. In der Hitze zersetzen sie sich und formieren sich als Nanopartikel. Der Vorteil ist, dass man die Zusammensetzung der Partikel weitestgehend dadurch steuern kann, wie die eingesprühte Lösung komponiert ist.

    Im Vergleich zu bestehenden großtechnischen Gasphasenprozessen können mit der Sprayflammensynthese weitaus mehr unterschiedliche Materialien hergestellt werden. Im Labormaßstab wurde das Potenzial dieses Verfahrens bereits nachgewiesen. „Die tatsächliche industrielle Nutzung scheitert aber bislang daran, dass man teure Spezialchemikalien und Lösungsmittel als Ausgangsstoffe benötigt und zudem die zugrundeliegenden Prozesse nicht vollständig versteht“, erklärt Professor Schulz.

    Dies soll sich durch das Schwerpunktprogramm 1980 („Nanopartikelsynthese in Sprayflammen, SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse“) ändern. Dabei sind sieben der insgesamt 16 Projekte am Institut für Verbrennung und Gasdynamik der UDE angesiedelt. Im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) steht den Forschern dafür eine Syntheseanlage zur Verfügung. Sie schließt die Lücke zwischen Labormaßstab und industrieller Produktion. Es wird zudem ein gemeinsames zentrales Labor eingerichtet, in dem Wissenschaftler weiterer Standorte zusammenarbeiten, die am SPP beteiligt sind.

    Weitere Informationen: https://www.uni-due.de/spp1980 Prof. Dr. Christof Schulz, Tel. 0203/379-8161, christof.schulz@uni-due.de

    Redaktion: Steffi Nickol, Tel. 0203/379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Millionenförderung für Nanolego

    23rd August 2017, Neue Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der UDE


    Elektronenmikroskopische Aufnahme von oktaedrischen Nanopartikeln von je rund 60nm Durchmesser.

    Die Natur kann es wunderbar ohne äußere Hilfe – eigenständig komplexe Strukturen aufbauen wie Knochen, Opale oder den symmetrischen Kohlkopf Romanesco. Ähnliches schwebt Forschern für unterschiedliche Materialien vor: Einzelne Bausteine sollen programmierbar werden, so dass sie sich selbstständig zu vorgegebenen Strukturen zusammenlagern. So könnten ohne Energieaufwand und ohne teuren Maschinenpark auch komplizierte Gebilde völlig von selbst entstehen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert dazu nun eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Universität Duisburg-Essen (UDE) mit 1,3 Millionen Euro.

    Das große Ziel von Juniorprofessor Dr. André Gröschel ist es, irgendwann einmal alle Arten von Nano-Bausteinen für die Selbstorganisation kombinieren zu können: polymere, biologische, metallische. Doch zunächst konzentriert sich der 35-Jährige auf Polymer-Nanopartikel, also kleinste Kunststoffteilchen. Mittelfristig sollen diese sich selbstständig zur regelmäßigen Struktur eines Diamantgitters formen. Ziel ist es dabei, optische Halbleiter zu erhalten, die für genau eine Lichtwellenlänge nicht leitend sind. Für die optische Informationsverarbeitung und Lichtleitung könnten so neue Komponenten entwickelt werden, die vor allem für schnellere optische Computer interessant sind.

    Mit Partikeln in der Größenordnung von Mikrometern klappt die Selbstassemblierung grundsätzlich schon recht gut, Gröschel jedoch arbeitet mit Bausteinen zwischen 10 und 100 Nanometern Größe. Er erläutert die Herausforderung in diesem Nanolego: „Zunächst müssen wir neue Konzepte entwickeln, um auf wenigen Nanometern Fläche gezielt Wechselwirkungen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zu ermöglichen. Dabei müssen die Kräfte so eingestellt werden, dass sie in diesen winzigen Dimensionen nicht über das eigentliche Zielobjekt hinaus ungewollt auch alle Nachbarn beeinflussen.“ Um diese Abläufe zu verstehen und anschließend lenken zu können, will er den Aufbau der Strukturen mit hochauflösenden Mikroskopen künftig live beobachten. Die Technik dazu bringt er mit ins NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ), in das er mit seiner Arbeitsgruppe im Oktober einzieht.

    Gröschels Arbeitsgruppe wird bis 2022 mit insgesamt 1,3 Millionen Euro gefördert. Der Chemiker aus Pegnitz in Franken ist seit 2016 als Juniorprofessor an der UDE, zuvor forschte er drei Jahre lang an der Aalto-Universität in Helsinki (Finnland). Studiert und in Makromolekularer Chemie promoviert hat er in Bayreuth.

    Weitere Informationen: Jun.-Prof. Dr. André Gröschel, 0201 183 2927, andre.groeschel@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Drei neue Mitglieder im CENIDE-Beirat

    10th August 2017, Gremium nun zehnköpfig


    Vorstand und bisheriger Beirat (c) CENIDE

    Prof. Dr. Katharina Landfester, Dr. Friedrich Seitz und Prof. Dr. Helmut Zacharias sind neu im CENIDE-Beirat. Das Gremium besteht nun aus zehn Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft, die in dieser neuen Konstellation erstmals am 16. November 2017 zusammentreffen.

    Der wissenschaftliche Beirat berät den CENIDE-Vorstand in sämtlichen strategischen Fragen. Auf dessen Vorschlag lud das Rektorat der UDE nun die folgenden Personen ein:

    Prof. Dr. Katharina Landfester ist Direktorin des Max-Planck Instituts für Polymerforschung in Mainz. Ihre Forschungsinteressen reichen von der Polymerisation in der Miniemulsion über Strukturbildung in Nanokonstruktionen sowie Synthese und Charakterisierung funktionalisierter Nanopartikel / -Kapseln bis hin zur Aufnahme von Nanopartikeln in verschiedenen Zellen und in vivo-Anwendungen. Prof. Landfester hat über 460 wissenschaftliche Paper in internationalen Journals veröffentlicht und hält 30 Patente.

    Dr. Friedrich Seitz vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin war bis 2015 Präsident des European Site & Verbund Management von BASF SE in Ludwigshafen. Zuvor war er unter anderem Präsident des Process Research & Chemical Engineering bei BASF SE sowie Managing Director der BASF China Ltd. In Hongkong.

    Prof. Dr. Helmut Zacharias ist Leiter der Arbeitsgruppe für Dynamik an Grenzflächen am Physikalischen Institut der WWU Münster. Seine Forschungsschwerpunkte sind Reaktionsdynamik, räumlich ausgerichtete funktionelle organische Systeme, Elektronendynamik an Oberflächen sowie Laserbasierte Röntgenstrahlen.

    Weitere Informationen: Dr. Tobias Teckentrup, 0203 379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • „Licht“ mit Wespentaille

    9th August 2017, UDE: Optische Technologien für schnellere Computer


    Künstlerische Darstellung der Fokussierung eines Oberflächenplasmons. An einem Teil der gelben Kreise werden Plasmonen angeregt, die konzentrisch auf das Zentrum des Kreises zulaufen. Dort werden Elektronen aus einem Fleck emittiert, der mit einem minimalen Durchmesser von 60 nm deutlich kleiner ist als der mögliche Durchmesser bei direkter Fokussierung des anregenden Lichts. (© Philip Kahl, UDE)

    Klimaforscher, Teilchenphysiker und Wissenschaftler, die das menschliche Gehirn verstehen wollen, eint ein Problem: Heutige Computer auf Basis von Siliziumchips sind für die umfangreichen Datensätze zu langsam. Eine Lösung könnten optische Technologien bieten, die mit Lichtgeschwindigkeit arbeiten, doch die optischen Bauteile wären prinzipbedingt riesig. Physikern der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Stuttgart und Haifa (Israel) nun gelungen, durch einen Trick Licht in einen kleineren Fleck zu fokussieren, als man es eigentlich für möglich hielt.

    Was passiert mit Licht, wenn wir es durch eine Linse wie eine Lupe leiten? So ganz, wie wir es in der Schule gelernt haben, funktioniert es leider nicht: Licht ist eben auch eine Welle. Hinter der Linse wird das Licht nicht genau auf einen einzigen Punkt fokussiert, bevor es wieder auseinanderläuft. „Wir sprechen eher von einer Strahltaille“, erläutert Prof. Dr. Frank Meyer zu Heringdorf vom Sonderforschungsbereich 1242 „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne" an der UDE.

    Genau diese Strahltaille sollte für viele optische Bauteile so klein wie möglich sein. Bei Licht ist die Grenze nach unten aber ziemlich genau durch die Wellenlänge festgelegt: Mit 800 Nanometern (nm) Wellenlänge schwingendes Licht wird minimal auf einen Fleck von knapp 400 nm fokussiert – viel größer als die Halbleiterbauelemente, wo mit Strukturen kleiner als 20 nm gearbeitet wird. Um das Problem zu umgehen, arbeiten die Wissenschaftler stattdessen mit Elektronenwellen, die sich ebenfalls nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, bei gleicher Frequenz aber eine kleinere Wellenlänge haben. Dazu beschichtete die Gruppe in Stuttgart eine Unterlage aus Silizium mit einer nur rund 60 nm hohen, atomar glatten Goldschicht. Regt man diese Schicht mit Licht von 800 nm Wellenlänge an, so werden die Elektronen im Gold in Schwingung versetzt und die Schwingung breitet sich an der oberen und unteren Oberfläche des Edelmetalls als Welle aus – ähnlich wie bei Wasser, in das man einen Stein geworfen hat. Messungen ergaben, dass die an der Goldunterseite entlanglaufenden Elektronenwellen (short-range surface plasmon polaritons) nur ein Dreizehntel der ursprünglich anregenden Lichtwellenlänge haben. Der Fokusfleck konnte so auf einen Durchmesser von 60 nm reduziert werden. Über die Ergebnisse berichtet das Fachmagazin Science Advances.

    Originalpublikation: B. Frank, P. Kahl, D. Podbiel, G. Spektor, M. Orenstein, L. Fu, T. Weiss, M. Horn-von Hoegen, T. J. Davis, F.-J. Meyer zu Heringdorf, H. Giessen: „Short-range surface plasmonics: Localized electron emission dynamics from a 60-nm spot on an atomically flat single-crystalline gold surface“, Sci. Adv. 3, e1700721 (2017) DOI: 10.1126/sciadv.1700721

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Frank Meyer zu Heringdorf, 0203 379-1465, meyerzh@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Marion Franke neu im Hochschulrat

    7th August 2017, Strategische Entwicklung der UDE mitlenken


    (c) CENIDE

    Der Anruf kam im März vom Senatsvorsitzenden: Ob sie bereit sei, im Hochschulrat die Entwicklung der UDE mitzulenken. „Unbedingt“, war die prompte Antwort von Dr. Marion Franke, Koordinatorin der Materials Chain auf Seiten der UDE. Am 14. Juli erhielt sie die von NRW-Wissenschaftsministerin Isabel Pfeiffer-Poensgen unterzeichnete Ernennungsurkunde.

    „Man wird eingeladen, die Universität solidarisch und mit sachkritischer Distanz zu begleiten. Es gilt also, ausschließlich die Interessen der Hochschule im Blick zu haben“, beschreibt Franke die verantwortungsvolle Position. Hilfreich sind ihr dabei frühere Aufgaben, in denen es ebenfalls um UDE-umfassende Strategien ging: So war Franke bereits Mitglied der Arbeitsgruppe Mittelverteilung sowie stellvertretende Vorsitzende der Forschungskommission. „Nun kommt eine neue Herausforderung – ich freue mich sehr darauf!“

    Der Hochschulrat hat zehn Mitglieder, davon fünf interne, und hat drei wichtige Funktionen: Er gibt Impulse für die strategische Entwicklung der UDE und hat die Aufsicht über das durch die Hochschulleitung erledigte operative Geschäft. Über die Mischung interner und externer Mitglieder nimmt er Impulse aus Wirtschaft und Gesellschaft auf und kann basierend darauf bei Entscheidungen der Hochschulleitung beratend zur Seite stehen. Weitere Aufgaben sind die Wahl der Rektoratsmitglieder, die Abnahme des Hochschulentwicklungsplans, die Zustimmung zum Wirtschaftsplan oder auch die Erteilung der Entlastung. Das Gremium trifft sich viermal im Jahr und zu besonderen Gelegenheiten.

    Alle Mitglieder der Amtsperiode 2017 bis 2022 im Überblick:

    • Dr. Klaus Trützschler (Vorsitzender), ehem. Mitglied des Vorstands der Franz Haniel & Cie
    • Dr. Ferdi Schüth, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung, Mülheim/Ruhr
    • Jutta Kruft-Lohrengel, Präsidentin der Industrie- und Handelskammer zu Essen
    • Dr. Werner Nienhüser, Professor für Betriebswirtschaftslehre an der Universität Duisburg-Essen
    • Doris König, Geschäftsführerin der InterRex GmbH; zuvor langjährige Geschäftsführerin der König-Brauerei in Duisburg
    • Marion Franke, Koordinatorin des NanoEnergieTechnikZentrum an der Universität Duisburg-Essen sowie Koordinatorin der Materials Chain für die Universität Duisburg-Essen
    • Dr. Matthias Gunzer, Leiter des Instituts für Experimentelle Immunologie und Bildgebung an der Universität Duisburg-Essen
    • Dr. Anke Hanft, Professorin für Weiterbildung an der Universität Oldenburg
    • Dr. Jens Gurr, Professor für Anglistik an der Universität Duisburg-Essen
    • Dr. Nicole Krämer, Leiterin des Fachgebiets für Sozialpsychologie: Medien und Kommunikation an der Universität Duisburg-Essen

    Weitere Informationen:
    Dr. Marion Franke, 0203 379-8182, marion.franke@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Nanostäbchen für die Krebstherapie

    25th July 2017, Best Poster Award für Michael Erkelenz


    (c) Privat

    Für seine gute Verknüpfung der physikalischen Chemie, Biologie und Medizin wurde Masterstudent Michael Erkelenz aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sebastian Schlücker auf der Bunsentagung 2017 mit dem Best Poster Award ausgezeichnet.

    Das Poster des Medizinischen Biologen passte exakt zum Thema „Physical Chemistry and Lifescience“ der diesjährigen Tagung. Unter dem Titel „Synthesis and Characterisation of Small Gold Nanorods for Cellular Uptake by Neutrophil Granulocytes and Use in the Photothermal Therapy" fasste der 26-Jährige seine Ergebnisse zur photothermalen Therapie bei Krebserkrankungen zusammen: Ziel ist es, den chemotherapeutischen Ansatz der Behandlung zu einer Immuntherapie weiterzuentwickeln. Dazu testete er den Einfluss von molekular unterschiedlich funktionalisierten Gold-Nanostäbchen auf Zellen des menschlichen Immunsystems.

    „Die interdisziplinäre Vorlesungsreihe ‚NanoBioPhotonik’ hat mir geholfen, in der Physikalischen Chemie Fuß zu fassen“, erklärt Erkelenz. Im Oktober wird er hier seine Promotion beginnen.

    Die Masterarbeit entstand in Kooperation mit Prof. Dr. Sven Brandau von der Hals-Nasen-Ohren-Klinik am Universitätsklinikum Essen.

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Herausragende Chemikerin

    24th July 2017, Doktorandin erhält „MINT Excellence“-Stipendium


    © MLP Finanzdienstleistungen AG

    Neben tausend anderen in Deutschland hat sie sich für das „MINT Excellence“-Stipendium beworben und meisterte auch die Hürden des Assessmentcenters. Lohn der Mühe: Annett Halbhuber, Chemie-Doktorandin an der Universität Duisburg-Essen (UDE), erhält für ihre wissenschaftliche Leistung jetzt das „MINT Excellence“-Stipendium der MLP Finanzdienstleistungen AG.

    3.000 Euro sollen der 33-Jährigen den Rücken freihalten, um ihre Dissertation fertigstellen zu können über neue Materialien für einen schnelleren und robusteren Offset-Druck. Die Förderung beinhaltet auch ein Finalisten-Netzwerk, in dem man sich austauschen und weiter fortbilden kann. Annett Halbhuber: „Wichtig ist auch, Kontakte zu Experten knüpfen zu können, die an der Entwicklung neuer Materialien arbeiten. In diesem Forschungsbereich sehe ich meine berufliche Zukunft.“

    Zusammen mit dem Magazin Technology Review und dem bundesweiten Netzwerk "MINT Zukunft schaffen" vergibt MLP jährlich 30 Stipendien für herausragende Studienleistungen, gesellschaftliches Engagement und besondere wissenschaftliche Leistungen. Bewerben können sich alle Studierenden und Promovierenden der Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik.

    Weitere Informationen: www.mintexcellence.de, Annett Halbhuber, annett.halbhuber@gmx.de

    Redaktion: Amela Radetinac, Tel. 0203/379-2429

  • Prof. Petra Wiederkehr erhält UA Ruhr-Professur für virtuelle Fertigung

    19th July 2017, Vernetzung in den Materialwissenschaften wächst weiter über Universitätsgrenzen hinaus


    Prof. Petra Wiederkehr.
    © Roland Baege/TU Dortmund

    Im Rahmen einer vierten UA Ruhr‐Professur wird ein neuer Forschungsschwerpunkt „Virtual Machining“ aufgebaut, der die Digitalisierung von Produktionsprozessen (Industrie 4.0) vorantreiben soll. Ziel ist es, Fertigungsverfahren so detailliert zu simulieren, dass eine direkte Optimierung des Produktionsprozesses möglich ist. Inhaberin der neuen Professur ist Prof. Petra Wiederkehr von der TU Dortmund. Die junge Ingenieurinformatikerin wird in der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) eine Schnittstelle bilden, um die Kernkompetenzen verschiedener Fakultäten – Informatik und Maschinenbau an der TU Dortmund, Maschinenbau an der Ruhr‐Universität Bochum und Ingenieurwissenschaften an der Universität Duisburg-Essen – zusammenzubringen. Das Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) fördert die Professur mit einer Million Euro.

    Für die heutigen Anforderungen an die Produktion hinsichtlich hoher Flexibilität, hoher Variantenvielfalt, sinkender Losgrößen und verkürzten Lieferzeiten ist die klassische rechnergestützte Fertigungskette nicht mehr ausreichend. Wer zukünftig im Wettbewerb bestehen will, muss virtuell fertigen. Dabei werden Bearbeitungsprozesse – beispielsweise zur Herstellung von Turbinenschaufeln für die Luftfahrtindustrie, von Mikrobauteilen für die Medizintechnik oder von Komponenten für den Werkzeug‐ und Formenbau – rechnergestützt analysiert und bezüglich wirtschaftlicher, qualitäts‐ und nachhaltigkeitsrelevanter Kriterien entlang der Wertschöpfungskette optimiert („Virtual Machining“). Damit sollen in der realen Fertigung Bearbeitungsfehler und Ausschuss sowie Bearbeitungszeit und Kosten reduziert werden.

    Neue Methoden durch interdisziplinäre Kooperation

    Voraussetzung für eine solche Optimierung komplexer Fertigungsverfahren sind einerseits Modelle, um die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile zu beschreiben. Gleichzeitig werden Methoden zur effizienten Analyse großer Datenmengen benötigt, um die Zusammenhänge zu visualisieren, aufzubereiten und Fertigungsprozesse zu optimieren. Prof. Petra Wiederkehr über ihre neue Aufgabe als UA Ruhr-Professorin: „Die Komplexität einer übergreifenden Simulation von Fertigungsprozessen erfordert das Zusammenwirken der Bereiche Werkstoffwissenschaft, Maschinenbau und Informatik. Unser Ziel ist es, durch die interdisziplinäre Kooperation neue Methoden zu entwickeln, die eine detailliertere, aber gleichzeitig effiziente Prozesssimulation ermöglichen.“

    Die Notwendigkeit und Potentiale von Prozesssimulationen werden auch in der Industrie immer stärker erkannt. Um einen Transfer der erzielten Ergebnisse in die industrielle Praxis zu ermöglichen, ist eine zentrale Anlaufstelle für Industrieunternehmen geplant. Im Rahmen der UA Ruhr-Professur ist es deshalb geplant, jährliche Seminare im Bereich der simulationsgestützten Prozessanalyse sowie Diskussionsforen zur Identifizierung von Grundlagenforschungs- und Transferprojekten anzubieten.

    UA Ruhr-Professur stärkt Profilschwerpunkt Materials Chain

    „Durch die UA Ruhr-Professur wird der standortübergreifende Profilschwerpunkt Materials Chain nachhaltig gestärkt. Es entsteht ein wichtiges Bindeglied zwischen dem Maschinenbau, der Werkstoffwissenschaft und der Informatik der drei Universitäten, welches die Basis für eine Vielzahl interdisziplinärer Forschungsthemen bilden kann“, sagt Dr. Hans Stallmann, Koordinator der UA Ruhr.

    Die UA Ruhr-Professur ist eines von vielen Projekten, die MERCUR zur Stärkung der Wissenschaft im Ruhrgebiet fördert. „Die UA Ruhr-Professur greift mit der virtuellen Fertigung eine hochaktuelle Fragestellung auf, die in der Wissenschaft bislang nur in Einzelaspekten, aber nicht in der Wechselwirkung betrachtet wird. Dies wird sicherlich auch im internationalen Vergleich die Kompetenz auf dem Gebiet der Industrie 4.0 stärken und somit zur Sichtbarkeit der UA Ruhr auf diesem Fachgebiet beitragen“, so Prof. Dr. Winfried Schulze, Direktor von MERCUR.

    Vita Prof. Petra Wiederkehr

    Petra Wiederkehr hat zunächst an der Technischen Universität Dortmund Ingenieurinformatik mit Anwendungsfach Maschinenbau studiert und war anschließend als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Spanende Fertigung (ISF) an der Fakultät Maschinenbau tätig. Seit ihrer mit Auszeichnung bestandenen Promotion zum Thema „Simulation und Analyse regenerativer Werkstückschwingungen bei der NC-Bearbeitung von Freiformflächen“ leitet sie die Abteilung „Simulation und Optimierung“ am ISF. Seit Juni 2017 ist sie an der Fakultät für Informatik der TU Dortmund als Professorin für das Fachgebiet „Virtual Machining“ tätig.

    Mercator Research Center Ruhr

    Das 2010 gegründete Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) fördert die Kooperation zwischen der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität Dortmund und der Universität Duisburg-Essen, die seit 2007 in der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) verbunden sind. Mit seinen Programmlinien unterstützt MERCUR Wissenschaftler/innen, Institute, Fakultäten und die Verwaltungen der drei Hochschulen dabei, sich universitätsübergreifend insbesondere in der Forschung, aber auch in der Lehre und im Hochschulmanagement zu vernetzen. Darüber hinaus initiiert MERCUR in der Region Projekte, mit denen es die Rahmenbedingungen für die Wissenschaft im Ruhrgebiet verbessern und deren Austausch mit Wirtschaft und Politik vorantreiben will.

  • Prof. Schröder in den DFG-Senat gewählt

    11th July 2017, UDE im wichtigsten Fördergremium vertreten


    (c) Materials Chain

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat neue Senatsmitglieder gewählt. Im 39-köpfigen Gremium ist jetzt auch Prof. Dr. Jörg Schröder von der Universität Duisburg-Essen (UDE) vertreten. Der Ingenieur arbeitet schon viele Jahre in der DFG mit, so gehörte er bis 2016 dem Fachkollegium Mechanik und konstruktiver Maschinenbau sowie der interdisziplinären Sektion Medizintechnik an.

    Die DFG ist die größte Forschungsförderorganisation und Selbstverwaltungseinrichtung der Wissenschaft in Deutschland. Sie fördert u.a. herausragende Projekte und Forschende. Ihr zentrales Gremium ist der Senat, der alle bedeutsamen Angelegenheiten berät und beschließt.

  • XX statt XY – Rinderspermien selektieren

    11th July 2017, DGBM-Förderpreis für Dr. Lisa Gamrad


    (c) Technische Chemie I / UDE

    Milchbauern erhoffen sich aus offensichtlichen Gründen in der Nachzucht eher weibliche als männliche Kälber. Rein finanziell betrachtet ist jedes Bullenkalb für sie ein Verlust – und die betreffenden Tiere landen schnell beim Schlachter. Einen Ausweg könnte „gesextes“ Sperma bieten, das ausschließlich weibliche Geschlechtschromosomen enthält. Dr. Lisa Gamrad aus der Technischen Chemie I hat in ihrer Doktorarbeit daran gearbeitet, dies mit Goldnanopartikel-Biokonjugaten zu realisieren. Dafür erhält sie den Förderpreis der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien.

    Während ihrer Promotion „Rationelles Design und biomedizinische Anwendung von multifunktionalen Goldnanopartikel-Biokonjugaten" in der AG Barcikowski entwickelte Gamrad geeignete Sonden, durch die sich Rinderspermien mit männlicher und weiblicher Erbinformation unterscheiden lassen. Die Sonden bestehen aus einem Kern aus Goldpartikeln mit weniger als 10 Nanometern Durchmesser und einer Hülle aus DNA und Peptidmolekülen. Die Goldnanopartikel hat Gamrad per Laserablation erzeugt. Dabei konnte sie allgemeine Regeln zur gezielten Herstellung der Nanopartikel-Biokonjugate aufstellen und zudem nachweisen, dass diese tatsächlich an das Genom von Spermien binden können. Dort interagieren die Konjugate bevorzugt mit dem Y-Chromosom und verändern so dessen Lichtstreuung. So könnte es ermöglicht werden, mit optischen Methoden XX- von XY-Spermien zu unterscheiden und vor der Besamung zu trennen.

    Der Förderpreis der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien (DGBM) wird jährlich für eine herausragende medizinische oder naturwissenschaftliche Dissertation vergeben. Er ist mit 1.000 Euro dotiert und wird während der Jahrestagung im November 2017 offiziell verliehen.

    Weitere Informationen:

    Dr. Christoph Rehbock, 0201 183-3040, christoph.rehbock@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Die Nadel im Heuhaufen finden

    29th June 2017, Weitere Förderung für Analytikzentrum ICAN


    (c) CENIDE

    Versteckt sich unter rund einer Millionen Kohlenstoffatomen ein einzelnes Eisenatom? Und sind zwei Elemente durch Einfach- oder Doppelbindungen verknüpft? Antworten auf diese Fragen kann das Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) an der Universität Duisburg-Essen (UDE) liefern. Jetzt wird es für drei weitere Jahre gefördert.

    „International wettbewerbsfähig auf höchstmöglichem Niveau“, heißt es in dem Gutachten der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Besonders gelobt werden die durchdachte Auswahl der Großgeräte und der Service, den das Analytikzentrum für die Arbeitsgruppen der UDE und externe Interessenten bietet. Die Großgeräte sind so gewählt, dass sie einander in ihren Möglichkeiten ergänzen, sodass es für jede Fragestellung eine individuell passende Methodenkombination gibt.

    Insgesamt 48 Anträge auf Förderung von Gerätezentren sind bei der DFG eingegangen, 14 davon wurden bewilligt: ICAN wird zunächst bis 2020 mit weiteren 380.000 gefördert. Dabei unterstreicht das Gutachten auch die exzellente Unterstützung des Gerätezentrums durch die Universität selbst: „Dadurch können wir nachhaltige Strukturen aufbauen und langfristig planen“, so federführender Antragsteller Prof. Dr. Nils Hartmann.

    ICAN ermöglicht es Forschern aus unterschiedlichen Fachrichtungen, Geräte und Methoden zu nutzen, die für die jeweils einzelne Arbeitsgruppe zu aufwendig und teuer sind. Das gilt auch für Wissenschaftler anderer Forschungseinrichtungen und der Industrie, die mit ICAN kooperieren und Analysen in Auftrag geben können.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Axel Lorke, 0203 379-3265, axel.lorke@uni-due.de (Sprecher ICAN) Prof. Dr. Nils Hartmann, 0203 379-8033, nils.hartmann@uni-due.de (ICAN)

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • New professor for High-Performance Computing in Materials Science

    26th June 2017, Researcher from FZ Jülich appointed at RUB


    Rektor Axel Schölmerich, Godehard Sutmann and Alexander Hartmaier, managing director of ICAMS (from left to right).

    Godehard Sutmann from the Institute for Advanced Simulation (IAS) at Forschungszentrum Jülich has been appointed professor for High-Performance Computing in Materials Science at the Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulations (ICAMS) and the Faculty of Mechanical Engineering of Ruhr Universität Bochum.

    Professor Sutmann is a member of the materials chain and since 2012 head of the High Performance Computing group at ICAMS. The group develops and implements algorithms for a more efficient use of simulation methods in materials science. The group has strong links to the Jülich Supercomputing Centre and all three departments at ICAMS.

    http://www.icams.de/content/people/icams-staff-members/?detail=681

  • Pionierforschung zur Laserablation

    26th June 2017, Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis für Dr. Philipp Wagener


    (c) Gottschalk-Diederich-Baedeker-Stiftung

    Der Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis geht in diesem Jahr an Dr. Philipp Wagener. Der 35-jährige Chemiker wird für seine herausragende Habilitation an der Universität Duisburg-Essen (UDE) geehrt. Er stellt darin neue Wege vor, lasergenerierte Nanopartikel speziell auf Anwendungen in der Energietechnik und Katalyse zuzuschneiden. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert und wird durch die Essener G. D. Baedeker Stiftung verliehen.

    Nach Studium und Promotion an der Universität Göttingen und einer Zwischenstation am Laser Zentrum Hannover wechselte Wagener 2011 an die UDE. Hier führte er seine Forschungen zur Synthese von Nanopartikeln über Laserablation in Lösung fort und warb seine eigene Nachwuchsgruppe am NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) ein. Mit Synchrotronexperimenten zur Partikelentstehungsdynamik gelang es Wagener erstmals, tatsächlich Partikel in der laserinduzierten Blase nachzuweisen.

    Zudem hob er ein neues, international von ihm geführtes Forschungsfeld aus der Taufe, indem er die Eigenschaften lasergenerierter Nanopartikel auf Anwendungen in der Energietechnik und Katalyse zuschneidet. So stellt er statt wie bisher die Synthese nun die direkte Prozessierung der Partikel in den Vordergrund – beispielsweise für heterogene Katalysatoren. „Seine Untersuchungen werden den Weg der kontinuierlichen laserbasierten Nanopartikelsynthese in die industrielle Praxis ebnen“, so Prof. Stephan Barcikowski vom UDE-Lehrstuhl Technische Chemie I.

    Die Jury beeindruckten die annährend 50 begutachteten nationalen und internationalen Publikationen Wageners und auch sein Einsatz in der Lehre. Der Forscher engagierte sich für die UDE-Studiengänge Chemie und Water Science und wurde von seinen Studierenden durchweg überdurchschnittlich positiv bewertet.

    Weitere Informationen: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    Redaktion: Cathrin Becker, 0203/379-1488, cathrin.becker@uni-due.de Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Antrieb der Zukunft

    23rd June 2017, 15 Jahre Zentrum für BrennstoffzellenTechnik


    (c) ZBT

    Leise, schadstofffrei und mithilfe regenerativer Energien erzeugbar – die Brennstoffzelle verspricht, die Technologie der Zukunft werden. Um sie standardmäßig als Antrieb für Autos etwa oder als Strom- und Wärmelieferant nutzen zu können, entwickelt sie das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) nun seit 15 Jahren weiter.

    Zur Feier dieses Jubiläums lädt das An-Institut der Universität Duisburg-Essen (UDE) am 29. Juni ein unter dem Dach der Reihe „JRF vor Ort“ der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft (JRF). Ab 16 Uhr sind die Labortüren auch für Interessierte geöffnet. Zuvor wird über Wasserstoff als Chance zum Strukturwandel in der Region und für die Energiewende diskutiert, etwa durch chemisch genutzte Hüttengase.

    Gefördert vom Land und der EU, arbeitet das ZBT nicht nur an der Brennstoffzellentechnik, sondern auch an der nötigen Infrastruktur, um sie im Alltag nutzen zu können. Dazu errichtet das Institut noch in diesem Jahr ein Testfeld, in dem erforscht wird, wie Wasserstoff optimal erzeugt, analysiert, gespeichert und verteilt werden kann.

    Weitere Informationen und Anmeldung: http://www.zbt-duisburg.de/aktuell/news-anzeige/news/jrf-vor-ort-im-zbt-mit-open-house/

    Prof. Dr. Angelika Heinzel, Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik, Tel. 0203/379-4225 angelika.heinzel@uni-due.de

  • Gemeinsamkeiten unterstrichen

    23rd June 2017, Joint Workshop mit WIN


    (c) CENIDE

    Bei hochsommerlichen Temperaturen trafen sich am 19. und 20. Juni Wissenschaftler des Waterloo Institute for Nanotechnology – WIN (Kanada) und von CENIDE zum gemeinsamen Workshop. Im gut klimatisierten NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) wurde einmal mehr klar: Die Gemeinsamkeiten beider Nanozentren sind groß, die bereits bestehenden Kooperationen sind erst der Anfang.

    Für das wissenschaftliche Programm, bestehend aus 22 Vorträgen und einer Führung durch das NETZ, waren 12 Teilnehmer eigens aus Kanada angereist. Die Themen deckten eine breite Palette der Nanowissenschaften ab und reichten von der Synthese über Modellierung und Simulation bis hin zu Nanobiotechnologie, Magnetismus und Energieanwendungen.

    Drei Kooperationen zwischen den Kontinenten gibt es bereits: Prof. Kyle Daun (WIN) und Prof. Christof Schulz (CENIDE) Prof. Germán Sciaini (WIN), Prof. Michael Horn-von Hoegen und Prof. Frank-J. Meyer zu Heringdorf (beide CENIDE) Prof. Michael Pope (WIN), Prof. Gerd Bacher und Dr.-Ing. Wolfgang Mertin (beide CENIDE)

    CENIDE-Geschäftsführer Dr. Tobias Teckentrup: „Der gemeinsame Workshop war ein voller Erfolg, denn in verschiedenen Themen haben wir bereits konkrete Anknüpfungspunkte gefunden. Dass CENIDE und WIN im Hinblick auf Struktur, Themen und Ausstattung vieles gemein haben, wussten wir bereits, aber künftig wollen wir das stärker nutzen und unsere Kooperationen weiter ausbauen.“ Dabei konzentrieren sich die nächsten Schritte zunächst auf wissenschaftliche Kooperationen und den Austausch von Studierenden.

    Für das Frühjahr 2018 ist der nächste gemeinsame Workshop in Waterloo geplant.

    Weitere Informationen: Dr. Tobias Teckentrup, 0203 379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de

  • Ursuppe in Dosen

    20th June 2017, Wie das Leben entstand


    (c) UDE

    Wo und wie entstand das Leben auf unserem blauen Planeten? „In der Erdkruste!“, behaupten der Geologe Prof. Dr. Ulrich Schreiber, der Physikochemiker Prof. Dr. Christian Mayer und der Chemiker Prof. Dr. Oliver Schmitz von der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Ihre Forschungsergebnisse, die sie in Zusammenarbeit mit Geowissenschaftlern der Universität Heidelberg (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Frank Keppler und Prof. Dr. Heinfried Schöler) erzielten, kann man nun im Fachmagazin PLOS ONE* nachlesen.

    Was auf der jungen Erde los war, erzählen die Steine aus dieser Zeit: mehrere Milliarden Jahre alte australische Quarzminerale aus hydrothermalen Störungszonen. In ihnen sind flüssige Einschlüsse verborgen, in denen die Produkte der damaligen organisch-chemischen Reaktionen erhalten geblieben sind.

    Konservendose mit der Ursuppe des Lebens Prof. Christian Mayer: „Umgangssprachlich könnte man sagen, wir haben so etwas wie Konservendosen mit der Ursuppe des Lebens gefunden.“ Das Forscherteam nimmt an, dass sich schon vor der Bildung der lebensnotwendigen Ausgangsstoffe, wie etwa Eiweiße, Kohlenhydrate oder Lipide, eine organische Chemie mit ersten Zellen entwickelt hat. Sie sind die Vorläufer des Lebens, das den Planeten seit mehr als 3,5 Milliarden Jahren verändert hat.

    „Die Vielfalt der organischen Stoffe und der Zustand der winzigen Flüssigkeitseinschlüsse liefern uns wertvolle Informationen über den Prozess in der Erdkruste. Sie wurden während der Kristallbildung eingeschlossen und konserviert, so ähnlich wie wir es von Bernstein kennen“, berichtet Prof. Ulrich Schreiber. Was sich dort im frühen Erdzeitalter genau abgespielt haben könnte, wollen die Wissenschaftler nun anhand der identifizierten Moleküle experimentell erkunden.

    Die kontinentale Erdkruste bietet optimale Verhältnisse für die Entstehung einfacher Zellen: Voraussetzung sind tiefreichende tektonische Störungszonen, die bis zum Erdmantel reichen. Von hier aus steigen Wasser, Kohlendioxid und andere Gase auf, die alle erforderlichen Stoffe für die Bildung organisch-chemischer Moleküle enthalten. Chemische Reaktionen finden während des gesamten Aufstiegs in kleinen Kavernen statt.

    Kohlendioxid ist entscheidend Von entscheidender Bedeutung ist das Kohlendioxid, das unterhalb einer Tiefe von ca. 800 Metern in einem besonderen Zustand vorliegt. Es ist unter den dort herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen überkritisch und wirkt wie ein organisches Lösungsmittel. Außerdem bildet es Grenzflächen zum Wasser aus, die die Entwicklung einer Doppelschicht-Membran ermöglichen – dem wichtigsten Strukturelement der biologischen Zelle.

    Neu ist, so Prof. Mayer, dass das UDE-Modell den Entstehungsprozess umfassend beschreibt und mehrere Probleme löst: die Molekülherkunft, die Aufkonzentrierung, die Energieversorgung und die Membranbildung. „Im Labor ließen sich bereits grundlegende Schritte auf dem Weg zu einer Zelle nachweisen: Sei es erste zellähnliche Strukturen oder die Entstehung komplexer Moleküle wie Proteine und Enzyme“, so Prof. Oliver Schmitz.

    Weitere Informationen:

    http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0177570

    Prof. Dr. Ulrich Schreiber, Fakultät für Biologie, Fachrichtung Geologie, ulrich.schreiber@uni-due.de

    Prof. Dr. Christian Mayer, Fakultät für Chemie, Physikalische Chemie, christian.mayer@uni-due.de

    Prof. Dr. Oliver Schmitz, Fakultät für Chemie, Angewandte Analytische Chemie

    Redaktion: Beate H. Kostka, Tel. 0203/379-2430

  • Hochdynamische Festkörperforschung

    13th June 2017, Neuer Professor in Experimenteller Physik


    Prof. Dr. Dmitry Turchinovich (c) UDE

    Sie sind hochdynamisch: Im billionstel Teil einer Sekunde spielen sich die elementaren mikroskopischen Prozesse im Inneren von Festkörpern ab. Was dabei genau mit den Elektronen, Ionen und Spins passiert und wie sich dies auf die elektrischen, optischen, magnetischen und mechanischen Materialeigenschaften auswirkt, erforscht Prof. Dr. Dmitry Turchinovich (40), der jetzt als Professor für Experimentelle Physik an die Universität Duisburg-Essen (UDE) berufen wurde.

    Für seine Arbeit benutzt er überwiegend Terahertzstrahlung. Terahertz (THz) elektromagnetische Wellen oszillieren genauso schnell wie die zu untersuchenden Prozesse und ermöglichen dadurch einen direkten Blick auf die Ultrakurzzeitdynamik des Innenlebens eines Festkörpers. Die Skala der Zeit, in der sich die Vorgänge vollziehen, liegt im Bereich der Pikosekunden oder sub-Pikosekunden, also einem Millionstel vom Millionstel einer Sekunde.

    Dmitry Turchinovich studierte bis 1999 Physik und Elektrotechnik an der St. Petersburg State Electrotechnical University und dem Ioffe Institut, Russland. Dann ging er an die Technische Universität Braunschweig (1999 bis 2001) und die Universität Freiburg (2001 bis 2004). Nach seiner Promotion (2004) forschte er u.a. mehrere Jahre in Europa: 2004 bis 2006 an der Universität Utrecht und 2006 bis 2012 an der Technischen Universität Dänemark, wo er Assistant und Associate Professor war. 2012 wechselte er wieder nach Deutschland, und übernahm die Leitung einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz. Seine Forschung wurde mehrfach ausgezeichnet.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. rer. nat. Dmitry Turchinovich, Tel. 0203/379-4532, dmitry.turchinovich@uni-due.de

  • Wie entstehen Nanoteilchen?

    9th June 2017, Humboldt-Forschungspreisträger bei den Ingenieuren


    (c) youtube

    Mathematik hilft bei sauberem Autofahren: Prof. Dr. Markus Kraft (51) untersucht in der Theorie, wie Nanopartikel das bewirken könnten. Er ist derzeit Gast bei Prof. Dr. Christof Schulz an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen (UDE). Finanziert wird sein Aufenthalt durch den Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung.

    Um die Eigenschaften der Nanoteilchen zu verstehen, wird er mathematisch modellieren, wie sie entstehen und wachsen. Versteht man diese Prozesse, lassen sie sich kontrollieren und Materialien mit gewünschten Eigenschaften entwickeln. So soll es u.a. möglich werden, Partikel herzustellen, durch die etwa Motoren weniger Schadstoffe ausstoßen. Auch andere Industriezweige könnten von diesen Erkenntnissen profitieren, z.B. um Chemieprodukte wie Lacke oder Farben besser und preiswerter herzustellen.

    Markus Kraft studierte Technoinformatik, Physik und Informatik bis 1992 an der Universität Kaiserslautern. Nach seiner Promotion in Chemie (1997) forschte er an der Universität Karlsruhe und am Berliner Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik. 1999 wechselte er als Lecturer nach England an die University of Cambridge und forscht dort seit 2009 als Professor für chemische Verfahrenstechnik. Zudem leitet er seit 2013 das Cambridge Centre for Research and Education in Singapur. Seine Arbeit wurde mehrfach ausgezeichnet.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Markus Kraft, University of Cambridge, mk306@cam.ac.uk

    Prof. Dr. Christof Schulz, Institut für Verbrennung und Gasdynamik, Tel. 0203/379-8163, christof.schulz@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • Festkörperbatterien

    1st June 2017, Neuberufung nach „Jülicher Modell“


    (c) privat

    Die UDE und das Forschungszentrum Jülich bauen ihre Kooperation weiter aus: Prof. Dr. Dina Fattakhova-Rohlfing (49) ist neue Professorin für Werkstoffe der elektrochemischen Speicher an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften.

    Ihren Forschungsschwerpunkt legt Professorin Dina Fattakhova auf die Entwicklung nanostrukturierter Materialien, die etwa für neue Batterietypen genutzt werden können. Anstatt der bisher flüssigen Elektrolyte, die den elektrischen Strom leiten, wird sie ionenleitenden Feststoff aus Lithium und Natrium verwenden. Die neuen Speichermedien sollen länger halten und eine höhere Energiedichte haben.

    Die Festkörperbatterien haben aber noch weitere Vorteile: Sie laufen nicht aus und sind weniger giftig. Und wenn ein Fehler auftritt, brennen oder explodieren sie nicht. Da Festelektrolyte chemisch sehr stabil sind, lassen sie sich auch bei einer Spannung von mehr als fünf Volt nutzen. Damit sind sie für Elektromobilität und Netzspeicherung besonders interessant. Bislang werden sie nur vereinzelt in Mikrochips oder der Medizin eingesetzt.

    Nach ihrem Chemiestudium an der Kasaner Föderalen Universität, Russland (1990) promovierte Fattakhova-Rohlfing 1994 an der Russischen Akademie der Wissenschaften. Im Anschluss war sie bis 1997 Research Assistant an der Kasaner Universität und von 1998 bis 2000 Assistenzprofessor. Danach forschte sie am J. Heyrovsky Institut für Physikalische Chemie in Prag und an der französischen Ecole Nationale Supérieure de Chimie et de Physique Bordeaux. Ab 2004 verbrachte sie zwei Jahre an der Universität Hannover, war von 2006 bis 2012 an der Universität München und hatte dort von 2012 bis 2015 die Professur für „Advanced Materials Science“ inne.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. habil. Dina Fattakhova-Rohlfing, Forschungszentrum Jülich, d.fattakhova@fz-juelich.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • Best Poster Award

    1st June 2017, European Materials Research Society


    Adrian Münzer (c) privat

    Für seinen Beitrag "Efficient gas-phase synthesis of substrate-free graphene compared to the liquid-phase method" hat Nachwuchswissenschaftler Adrian Münzer einen Best Poster Award verliehen bekommen. Der Preis wurde kürzlich auf der Konferenz der European Materials Research Society (EMRS) in Straßburg vergeben.

    Adrian Münzer forscht als Doktorand am Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) in der Arbeitsgruppe von CENIDE-Mitglied PD Dr. habil. Hartmut Wiggers. Die Auszeichnung für seine wissenschaftliche Leistung erhielt er in dem Symposium über „Advanced materials and systems for electrochemical energy storage“. Für eine nachhaltige Entwicklung ist ein effizientes erneuerbares Energiemanagement erforderlich, die elektrochemische Energiespeicherung spielt in diesem Prozess eine zentrale Rolle. In diesem Symposium diskutierten daher zahlreiche Expertinnen und Experten über aktuelle Entwicklungen auf diesem Gebiet.

    Die Konferenz der EMRS bestand aus 26 parallelen Symposien, Posterpräsentationen und einer Plenarsitzung, um ein internationales Forum für die Diskussion über die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Materialwissenschaft zu schaffen.

    Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Metallische Gläser verstehen

    30th May 2017, Ihre extreme Härte macht metallische Gläser als Werkstoff interessant, wenn man ihre Sprödigkeit in den Griff bekommt.


    Fathollah Varnik (rechts) und sein Doktorand Muhammad Hassani befassen sich mit den Charakteristika metallischer Gläser. © RUB, Marquard

    Metallische Gläser bieten sich wegen ihrer besonderen Härte als Werkstoff an. Allerdings sind sie auch besonders spröde und damit bruchanfällig. Bochumer Forscher am Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) wollen jetzt gemeinsam mit Kollegen aus Münster die Ursachen der Bruchanfälligkeit dieser Werkstoffe im Detail verstehen, um Strategien für eine bessere Nutzung entwickeln zu können. Dabei werden sie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit insgesamt rund 700.000 Euro gefördert.

    Der Begriff Glas steht für Materialwissenschaftler für ein Material ohne kristalline Ordnung. Ähnlich wie bei einer Flüssigkeit ist die Anordnung der Atome in einem Glas zufällig, wobei die Nachbarn eines Atoms oder Moleküls eine Art Käfig um das betrachtete Teilchen bilden. In einer Flüssigkeit ist dieser Käfig relativ weich, sodass Atome oder Moleküle sich durch ihre Nachbaratome hindurch fortbewegen können – ähnlich wie Personen auf einem vollen Konzert, die es doch schaffen, an die Theke zu gelangen.

    „Das erklärt auch, warum eine Flüssigkeit sich der Form ihres Behälters anpassen kann“, so Projektleiter Prof. Dr. Fathollah Varnik. In einem Glas hingegen ist der Käfig hart und die Zeit für eine merkliche Bewegung der Teilchen fast unendlich lang. Es handelt sich um einen Festkörper.

    Ein alltägliches Beispiel für Gläser ist das herkömmliche Fensterglas. Eine weitere Materialklasse, die leicht glasartige Strukturen bildet, sind Polymere. Metalle hingegen neigen normalerweise dazu, geordnete gitterartige Strukturen zu bilden, die sich in ihrem Inneren über weite Strecken fortsetzen. Nur einige Legierungen bilden unter bestimmten Bedingungen Glasstrukturen aus. Gängige Beispiele sind zirkonium- oder nickelbasierte Legierungen.

    Weil sich Verformungen in solchen Gläsern nicht über eine Kristallstruktur fortsetzen können, die sie auffängt, sind sie besonders hart. „Daher stellt man aus solchen metallischen Gläsern zum Beispiel Golfschläger her, mit denen der Spieler seine Bewegungsenergie besonders gut auf den Ball übertragen kann, weil sie nicht vom Metall des Schlägers aufgenommen wird“, erklärt Fathollah Varnik. Die Kehrseite der Härte ist aber die Sprödigkeit dieser Materialien. Bei starken Belastungen verformen sie sich nur geringfügig, was die Bruchgefahr deutlich erhöht. Aufgrund der ungeordneten atomaren Struktur ist es jedoch sehr schwierig, den Ort und den Verlauf eines Bruchs vorherzusagen.

    Fathollah Varnik und Gerhard Wilde vom Institut für Materialphysik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster nehmen sich dieser Herausforderung an. Sie wollen gemeinsam das Verhalten metallischer Gläser auf der Nanometerskala erforschen, um den Zusammenhang zwischen der atomaren Struktur und der lokalen Verformung besser zu verstehen und mögliche Gefahrstellen für die Bruchbildung vorausberechnen zu können.

    Dazu kombinieren die Forscher theoretische Modelluntersuchungen und Computersimulationen mit modernen experimentellen Methoden wie Radio-Tracer-Diffusionsexperimente und Elektronen-Korrelationsmikroskopie.

    http://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2017-05-30-materialforschung-metallische-glaeser-verstehen

  • Auf der Suche nach effizienteren Katalysatoren

    23rd May 2017, Lasersysteme könnten der Schlüssel zum Erfolg sein.

    Effiziente und gleichzeitig günstige Katalysatoren wollen Forscher der RUB und der Universität Duisburg-Essen entwickeln. Das Mercator Research Center Ruhr (Mercur) unterstützt sie dabei durch die Finanzierung von zwei Doktorandenstellen für anderthalb Jahre. Das Projekt soll die Vorarbeiten ermöglichen, die später in ein größeres Verbundforschungsvorhaben mit Partnern der Region münden sollen.

    Prof. Dr. Stephan Barcikowski von der Universität Duisburg-Essen setzt das Vorhaben gemeinsam mit Prof. Dr. Martin Muhler vom RUB-Lehrstuhl für Technische Chemie um. Die Universitäten in Bochum und Duisburg-Essen kooperieren seit zehn Jahren im Rahmen der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr).

    http://news.rub.de/wissenschaft/2017-03-29-forschungsprojekt-auf-der-suche-nach-effizienteren-katalysatoren

  • Mission geglückt

    9th May 2017, Astronaut Gerst nimmt UDE-Experiment mit ins All


    (c) UDE

    Ihr Experiment zur Planetenentstehung darf ins All: Das haben sechs Physik-Studierende der Universität Duisburg-Essen (UDE) gerade erfahren. Es ist eines von drei Gewinnern beim Überflieger-Wettbewerb des Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR. Kein geringerer als Astronaut Alexander Gerst wird es im Sommer 2018 auf der Internationalen Raumstation betreuen. Für die UDE-Crew bedeutet das noch viel Arbeit. Denn ihr Versuch muss in eine handtellergroße Box passen und darf nur wenig Strom verbrauchen. Damit diese Mission nicht am Geld scheitert, erhält das Team vom DLR 15.000 Euro.

    Wie entstehen Planeten? Vor allem die frühe Phase ist immer noch nicht genau verstanden. „Man weiß, dass es zunächst eine Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Stern gibt. Die Staubpartikel kollidieren und bleiben aneinander haften. Dadurch wachsen bis zu ein Millimeter große Aggregate. Es muss jedoch für größere Körper, wie Planeten oder Asteroiden, eine andere Erklärung geben“, beschreibt Doktorand Tobias Steinpilz. „Wir denken: Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Teilchen ermöglichen, dass auch größere Teilchen aneinander haften bleiben, wenn sie zusammenprallen — frei nach dem Motto: plus und minus ziehen sich an.“

    Diese Idee und wie sie experimentell umgesetzt werden soll, hatte das UDE-Team im April vor der Überflieger-Jury ausführlich vertreten und damit die Fachleute überzeugt: Wenn die Sojus-Kapsel 2018 zur Internationalen Raumstation startet, ist ARISE (Planet formation due to charge induced clustering on ISS) mit dabei. ISS-Kommandant Alexander Gerst wird das Experiment installieren und einschalten; dann wird es 30 Tage in Schwerelosigkeit laufen. „Wir werden die ganze Zeit Kontakt zur ISS haben. So können wir es selbst von der Erde aus kontrollieren und bekommen sofort Daten“, so Steinpilz.

    Bis dahin bleibt noch viel zu tun. Denn die Duisburger Crew wird dem Astronauten ein 15 x 10 x 10 Zentimeter kleines Gehäuse mitgeben, in dem sich die selbstgebaute Versuchsanlage befindet. Diese muss deutlich weniger Strom verbrauchen, als ein Handy-Ladekabel liefert. Platz und Energie sind dort oben, 400 km über der Erde, kostbar. „In dieser Box simulieren dann Glasperlen die Staubpartikel und werden gezielt zur Kollision gebracht.“

    Ob sie mit ihrer Idee richtig liegen, werden Steinpilz und seine Mitstreiter wohl im Herbst nächsten Jahres wissen. Davor wartet neben dem spannenden Experiment im All noch ein zweites Highlight. Sie dürfen live dabei sein, wenn – voraussichtlich im nächsten Mai – die Sojus-Kapsel startet.

    Wer die ARISE-Mission verfolgen möchte: Das Team teilt Neuigkeiten auf Facebook und über seine Homepage mit: www.fb.com/iss.arise bzw. arise.physik.uni-due.de.

    Bildhinweis: Das Foto zeigt (v.l.): Maximilian Kruß (27, Doktorand), Teamchef Tobias Steinpilz (28 Jahre, Doktorand), Anna Krämer (25, Masterstudentin), Gregor Musiolik (27, Doktorand), Tunahan Demirci (24, Masterstudent), Jonas Tappe (24, Masterstudent)

    Weitere Informationen: Tobias Steinpilz, Astrophysik, Tel. 0203/379-2982, tobias.steinpilz@uni-due.de

  • Unikate in Massen

    2nd May 2017, Erfolgreiche Ausgründung aus dem NETZ


    Dr.-Ing. Sebastian Hardt neben einem Sprayflammenreaktor im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ). © CENIDE

    Einzelstücke sind die Produkte von Dr.-Ing. Sebastian Hardt nicht gerade, denn er produziert Nanopartikel in industriell relevanten Mengen. Unikate sind es trotzdem, denn die Partikel werden nach Kundenwunsch maßgeschneidert. Sein Start-up „HSWmaterials“ hat er kürzlich aus dem NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ausgegründet.

    „Wenn etwas so gut läuft, muss man es kommerzialisieren, sonst macht es jemand anderes“, sagt Hardt über seine Idee, nach Wunsch hergestellte Nanopartikel zu vertreiben. Die Grundlagen dafür hat der junge Mann aus Kevelaer während seines Maschinenbau-Studiums und der anschließenden Promotion in der Arbeitsgruppe von PD Dr. Hartmut Wiggers an der UDE gelegt: Den Sprayflammenreaktor im NETZ hat er selbst gebaut, und tatsächlich nutzt er ihn noch regelmäßig. Die UDE stellt ihm für ein Jahr eine gewisse Infrastruktur zur Verfügung – das ist eine Bedingung des Gründerstipendiums „EXIST“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, das Hardt erfolgreich beantragt hat. „Für alle Vorversuche nutze ich daher die Partikelsyntheseanlage an der UDE. Für die kommerzielle Produktion habe ich eine eigene Anlage in Kevelaer“, so Hardt.

    Einer seiner Kunden will mit Eisenoxid-Nanopartikeln die Einsatzzeit von Aktivkohle zur Wasseraufbereitung verlängern. Ein anderer nutzt seine Produkte für Zahnersatz. „Aktuell habe ich eine weitere Anfrage, in der es um Speichermaterialien für Lithium-Ionen-Batterien geht.“ Dies sind nur wenige Beispiele für die Anwendungen von Nanopartikeln und Dispersionen, wie der 35-Jährige sie anbietet. Er strebt eine langfristige Kooperation mit den Arbeitsgruppen im NETZ an – die hiesigen Arbeitsgruppenleiter PD Dr. Hartmut Wiggers und Prof. Dr. Christof Schulz sind sogar Mitgründer und Gesellschafter seines Unternehmens.

    „Ich wollte mich schon immer selbstständig machen“, berichtet Hardt. Und so hat er es bereits zum zweiten Mal getan. Sein erstes Unternehmen ist erfolgreich im Maschinen- und Anlagenbau unterwegs. „Hier bin ich aber nur noch beratend tätig.“ Jetzt konzentriert er sich ganz auf kleinste Partikel.

    Weitere Informationen: Dr.-Ing. Sebastian Hardt, 02832 9787 033, sebastian.hardt@HSWmaterials.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Materials Chain at Hannover Messe 2017

    1st May 2017, Successful presentation at fair makes Materials Chain visible beyond national borders


    Dr. Martin Grünewald, Secretary of State NRW and
    Dr. Marion Franke, Materials Chain at Hannover
    Messe 2017. © punktgenau GmbH

    The Hannover Messe is one of the largest and internationally most renowned annual industrial fairs in the world where companies and research institutes present the newest industrial trends. Approximately 6.500 exhibitors from more than 70 countries presented themselves in Hannover this year, among them the Materials Chain, which participated for the second time.

    The expert audience marveled at the numerous exhibits from the manifold engineering research areas covered at the three UA Ruhr universities. Especially the ferrofluid well amazed many fair visitors with its distinctive shape and initiated numerous discussions. Other exhibits such as a fuel cell vehicle, structured thin film elements, as well as an interactive NiTi-shape-memory alloy actor model generated great interest and reflected the expertise of the institutes involved in the Materials Chain. This was further true for prototypes made of vulcanized fiber, a novel lightweight structural material made from recycling products, which can be used as an alternative to plastics and aroused a lot of interest with industrial visitors.

    Interesting networking conversations with other scientific institutes as well as with representatives from the industry speak for the overall successful appearance of the Materials Chain at the Hannover Messe 2017 and helped to make the program more visible beyond the borders of North Rhine-Westphalia and Germany.

  • Es gibt keine Alternative zu Fakten

    12th April 2017, „March for Science“ am 22. April


    (c) March for Science

    Die Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Profilschwerpunkt "Materials Chain" der UA Ruhr begrüßen und unterstützen den „March for Science“: Am Samstag, 22. April wird weltweit für die Freiheit der Wissenschaften demonstriert. Der Protest richtet sich gegen die Angriffe, denen diese Freiheit derzeit in einer ganzen Reihe von Gesellschaften und Staaten – auch mitten in der Europäischen Union – ausgesetzt ist.

    UDE-Rektor Prof. Dr. Ulrich Radtke: „Antidemokratische und wissenschaftsfeindliche Handlungen und Strömungen von politischen Entscheidungsträgern oder populistischen Bewegungen unterhöhlen die wissenschaftliche Arbeit und ihre gesellschaftliche Leistungsfähigkeit. Dem treten wir entschieden entgegen.

    Ich rufe deshalb dazu auf, den March for Science am 22. April nach Kräften zu unterstützen, etwa durch eine persönliche Teilnahme an der Veranstaltung in Bonn. Schließlich ist unser Leitspruch ‚Offen im Denken‘ weit mehr als ein Slogan. Er verpflichtet uns, Position zu beziehen gegen jedwede Bedrohung der Wissenschaften und ihrer Freiheit. Mit der richtigen Balance aus Verständlichkeit und sachlicher Komplexität gilt es, Populismus und fake news entschlossen entgegenzutreten.“

    Deutschland zeichnet sich durch ein weltoffenes, pluralistisches und deshalb auch besonders leistungsfähiges Wissenschaftssystem aus. Die Freiheit von Forschung und Lehre hat Verfassungsrang und wird von einem breiten gesellschaftlichen und politischen Vertrauen getragen.

    Der geographisch nächste March for Science startet in Bonn am 22. April um 12 Uhr auf der Hofgartenwiese (Regina-Pacis-Weg 3). Sprecher sind unter anderem NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze, Prof. Dr. Michael Hoch, Rektor der Universität Bonn sowie Prof. Dr. Axel Freimuth, Rektor der Universität zu Köln. Moderiert wird die Veranstaltung vom Meteorologen und TV-Moderator Karsten Schwanke.

    Mehr Informationen: http://marchforscience.de/auch-in-deiner-stadt/bonn/

    Wer noch keinen Slogan für sein Plakat hat, kann sich hier inspirieren lassen: http://marchforscience.de/klickspiel/

    Redaktion: Beate Kostka, 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Auszeichnung für Chemiker

    10th April 2017, Nanopartikel gegen chronische Entzündungen

    Mit dem Sonderpreis „Medizin und Wissenschaft“ der Aktionsgemeinschaft „Essen forscht und heilt“ wurden Prof. Matthias Epple vom Institut für Anorganische Chemie (Universität Duisburg-Essen) und Prof. Astrid Westendorf vom Institut für Medizinische Mikrobiologie (Universitätsklinikum Essen) ausgezeichnet. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert.

    Im Gemeinschaftsprojekt der beiden Arbeitsgruppen wurden Nanopartikel zur Behandlung chronischer Entzündungen entwickelt. Solche Entzündungen treten beispielsweise bei Morbus Crohn im Darm oder als Parodontitis im Mund auf. Durch die Kombination von biologisch abbaubaren Nanopartikeln mit Nukleinsäuren können Entzündungsfaktoren selektiv und effizient reduziert werden. Die Preisträger konnten darüber hinaus zeigen, dass sich mit ähnlichen Nanopartikeln auch virale Infektionen wie Hepatitis und Grippe erfolgreich zurückdrängen lassen.

    Mit den Sonderpreisen der Arbeitsgemeinschaft "Essen forscht und heilt" werden besonders innovative und zukunftsorientierte Projekte und Ideen ausgezeichnet.

  • Neue Materialien für den 3D-Laserdruck

    6th April 2017, Neues DFG-Schwerpunktprogramm an UDE

    Der 3D-Laserdruck revolutioniert die Fertigungstechnik: mit diesem Verfahren können beliebig geformte Objekte direkt ausgedruckt werden. Die Bauteile werden schichtweise aus Pulver „verbacken“, allerdings sind die eingesetzten Materialien hoffnungslos veraltet. Darum kümmert sich ab dem kommenden Jahr ein neues Schwerpunktprogramm (SPP) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Sprecherhochschule ist die Universität Duisburg-Essen (UDE) im Verbund mit der RWTH Aachen, der Universität Erlangen-Nürnberg, der Universität Bremen und der TU Dresden.

    Der 3D-Laserdruck („laserbasierte additive Fertigung“), wird sich künftig immer mehr durchsetzen. Schließlich liefert er nicht nur schnelle, sondern auch hochpräzise Ergebnisse. SPP-Sprecher Prof. Dr. Stephan Barcikowski: „Genau das erfordert aber einen grundlegend neuen Forschungsansatz, der schon das Ausgangsmaterial in den Blick nimmt.“ Die Metallpulver verursachen häufig instabile Prozesse sowie poröse und defekte Bauteile. Und bei den Polymerpulvern ist man bei der Materialpalette eingeschränkt.

    Im neuen SPP werden deshalb neue Materialien entwickelt und die vorhandenen an die lasergestützten Produktionsverfahren angepasst. „Wir verschmelzen hier erstmals die Materialentwicklung mit der Photonikforschung“, erläutert Barcikowski. Wie erfolgreich so etwas sein kann, sieht man bei den mobilen Endgeräten: Bei mehr als jedem zweiten Smartphone werden die Schaltungslayouts aus Kupfer bereits direkt auf das Kunststoffelement geschrieben. Barcikowski: „Es steckt also ein erhebliches Potenzial in der gezielten Materialentwicklung für die photonische Produktion.“

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtete jetzt insgesamt 17 neue Schwerpunktprogramme ein. Hier sollen wissenschaftliche Grundlagen besonders aktueller oder sich gerade bildender Forschungsgebiete untersucht sowie die Führungsposition Deutschlands ausgebaut werden. Die SPP wurden aus insgesamt 66 eingereichten Initiativen ausgewählt.

    Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Fakultät für Chemie, Tel. 0201/183-3150, stephan.barcikowski@uni-due.de

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

    http://www.dfg.de/foerderung/programme/koordinierte_programme/schwerpunktprogramme/

  • Goldfinger

    5th April 2017, Nagellack mit Edelmetall-Nanopartikeln


    Links ist der nicht behandelte Klarlack zu sehen, danach folgt v.l.n.r. Nagellack mit Platin, Silber, Silber-Gold-Gemisch, Gold. (c) CENIDE, AG Barcikowski

    Bienenwachs, Eiweiß, Gelatine und Farben aus Gemüse – 3000 v. Chr. waren das die bewährten Zutaten für Nagellack in China. Heutzutage darf die Zusammensetzung etwas raffinierter sein: Wissenschaftler des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben Nagellack mit Gold-Nanopartikeln versehen. Das hat optische Qualitäten, verspricht jedoch auch neue Möglichkeiten in der Medizintechnik. Was der Lack übrigens nicht ist – golden.

    Der teuerste Nagellack der Welt ist schwarz, enthält feinste schwarze Diamanten und kostet 205.000 Euro. Günstiger sind Trendfarben namens „Moon Rock (Mondgestein)“ oder „Sold Out Forever (Für immer ausverkauft)“. Hinter den wohlklingenden Produktnamen verbergen sich in der Regel Titandioxid für die Deckkraft sowie färbende Pigmente. Doch transparenten Nagellack mit echten Edelmetallpartikeln, das hatten Dr. Marcus Lau und Friedrich Waag, Chemiker am Lehrstuhl von Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, bisher noch nie gesehen.

    Im Labor platzierten sie also ein Goldplättchen in einem Becherglas und bedeckten es mit transparentem Nagellack aus dem Drogeriemarkt. Anschließend kam ein Hochleistungslaser zum Einsatz: Dieser läuft gleichmäßig über das Edelmetall in der Flüssigkeit und sprengt in ultrakurzen Pulsen winzigste Partikel heraus. Diese Nanopartikel verteilen sich gleichmäßig und ohne weitere chemische Zusätze im Lack. Auch das Auftragen funktioniert: „Es trocknet nur etwas langsamer“, so Lau. Wer danach metallisch goldschimmernde Nägel erwartet, wird allerdings enttäuscht: „Nanogold ist rot bis violett. Das liegt an veränderten optischen Eigenschaften von Partikeln, die kleiner sind als die Wellenlängen von sichtbarem Licht.“

    Das gleiche Herstellungsprinzip funktioniert auch mit anderen Metallen, z. B. Silber oder Platin. Weitere Experimente haben zudem ergeben, dass Silberpartikel im Lack entsprechende Ionen freisetzen, die keimtötend wirken können und so möglicherweise für die Behandlung von Nagelinfektionen geeignet sind. Das Fachmagazin „Industrial & Engineering Chemistry Research“ berichtet darüber in seiner aktuellen Ausgabe.

    Generell sind hochreine Nanopartikel ideal für Beschichtungen – besonders in der Medizin: Ihr Äußeres ist frei von Ablagerungen und Verunreinigungen. Aufgrund ihrer großen Oberfläche können sie zum Beispiel auf Implantaten über einen längeren Zeitraum hinweg medizinisch aktive Ionen freisetzen. Die möglichen Anwendungen sind daher breit gestreut: Vom Goldfinger bis zur Goldhüfte.

    Originalpublikation: M. Lau, F. Waag, and S. Barcikowski: „Direct Integration of Laser-Generated Nanoparticles into Transparent Nail Polish: The Plasmonic ‚Goldfinger’“. Ind. Eng. Chem. Res., 2017, 56 (12), pp 3291–3296 DOI: 10.1021/acs.iecr.7b00039

    Weitere Informationen: Dr. Marcus Lau, Fakultät für Chemie, 0201 183-6173, marcus.lau@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Auf der Suche nach effizienteren Katalysatoren

    31st March 2017, Lasersysteme könnten der Schlüssel zum Erfolg sein

    Effiziente und gleichzeitig günstige Katalysatoren wollen Forscher der RUB und der Universität Duisburg-Essen entwickeln. Das Mercator Research Center Ruhr (Mercur) unterstützt sie dabei durch die Finanzierung von zwei Doktorandenstellen für anderthalb Jahre. Das Projekt soll die Vorarbeiten ermöglichen, die später in ein größeres Verbundforschungsvorhaben mit Partnern der Region münden sollen.

    Prof. Dr. Stephan Barcikowski von der Universität Duisburg-Essen setzt das Vorhaben gemeinsam mit Prof. Dr. Martin Muhler vom RUB-Lehrstuhl für Technische Chemie um. Die Universitäten in Bochum und Duisburg-Essen kooperieren seit zehn Jahren im Rahmen der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Wichtig für die chemische Industrie

    Die Forscher beschäftigen sich mit der heterogenen Katalyse, bei der Katalysator und reagierende chemische Substanzen in unterschiedlichen Phasen vorliegen, zum Beispiel fest und flüssig. In der chemischen Industrie werden etwa 90 Prozent der Reaktionen auf diese Art und Weise katalysiert. Das betrifft zum Beispiel die Produktion von Kosmetikartikeln oder Arzneimitteln.

    Die Arbeitsgruppen von Martin Muhler und Stephan Barcikowski wollen erforschen, wie sie mithilfe von Lasersystemen Nanopartikel als Katalysatormaterialien erzeugen können – und zwar mit ganz bestimmten Eigenschaften, die für eine ausgewählte chemische Reaktion wünschenswert sind.

    http://news.rub.de/wissenschaft/2017-03-29-forschungsprojekt-auf-der-suche-nach-effizienteren-katalysatoren

  • Publikation in „Nature“: Phasenübergang live beobachtet

    30th March 2017, Atome rennen sehen


    (c) A. Lücke, Uni Paderborn

    Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin „Nature“ berichtet in seiner aktuellen Ausgabe: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

    Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das erste echte zweidimensionale Material, das Graphen, kennen wir erst seit weniger als 15 Jahren. Mittlerweile wird es wegen seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften unter anderem in transparenten Displays eingesetzt. Noch mehr versprechen sich Wissenschaftler von eindimensionalen Systemen – wie auf einer Perlenschnur aufgereihten Atomen. Diese dünnsten Drähte der Welt sind jedoch instabil, die Gründe dafür noch zu wenig untersucht. Hier setzt die Arbeit von Dr. Tim Frigge aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen an:

    Seine Probe bestand aus zwei einzelnen Ketten von Indiumatomen auf einer Unterlage aus Silizium. Oberhalb von rund -140°C bilden die Atome lange Ketten: So ist das System metallisch und leitet den elektrischen Strom. Unterhalb der Temperaturgrenze rutschen die Atome jedoch paarweise zusammen und formen Sechsecke. Das System wird zum Isolator.

    Dieser Übergang findet blitzschnell innerhalb von nur 350 Femtosekunden statt. Um ihn zu untersuchen, haben die Forscher ihn künstlich hervorgerufen. Mehrere Millionen Male, allein 5.000-mal pro Sekunde. Dazu haben sie das Material bei rund -243°C mit einem ultrakurzen Laserpuls angeregt und so trotz eisiger Kälte in den kettenförmigen Metall-Zustand überführt, den es sonst nur bei höheren Temperaturen einnimmt. Anschließend fällt das System von allein in einer Art Dominoeffekt in den nicht-metallischen Zustand zurück.

    Um diesen Phasenübergang zu verfolgen, schießen die Physiker einen Elektronenstrahl auf ihre Probe. Dessen Beugung lässt auf die Position der Atome rückschließen. Nimmt man alle 50 Femtosekunden ein solches Beugungsbild auf, so ergibt sich in Summe ein „Molecular Movie“: Ein Film, der den Weg der Atome über die Probenoberfläche zeigt – „wie bei einem Daumenkino“, erklärt Frigge.

    Mit diesem Film auf atomarer Ebene sind die Forscher den ersten Schritt gegangen, eindimensionale Systeme zu verstehen – und anschließend möglichst nach Wunsch zu beeinflussen. Übrigens: Dabei konnten sie nicht nur den Weg der Atome beobachten, sondern auch deren Geschwindigkeit berechnen. Rund 100 km/h erreichen diese auf der Kurzstrecke. Aber in winzigsten Bruchteilen einer Sekunde und mit einer Beschleunigung, die Billionen mal höher ist als die eines Porsche.

    Bildbeschreibung: Elektronenstrahl (blau), der die Strukturänderung der Indium-Atomketten (rote Kugeln) nach Anregung durch einen Laserpuls (violett) abfragt. (Quelle: Dr. Andreas Lücke, Universität Paderborn)

    Originalpublikation: Frigge et al., Optically excited strutural transition in atomic wires at the quantum limit, Nature, doi: 10.1038/nature21432

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen, Fakultät für Physik, 0203 379-1438, horn-von-hoegen@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Die Chemie muss stimmen

    28th March 2017, Forschungsinitiative vom Land unterstützt


    (c) UDE

    Farbfilme, Kunststoffe, Aspirin – Meilensteine der Chemie-Industrie. Produkte wie diese werden meist mittels chemischer Katalysatoren hergestellt. Man braucht weniger Energie und kann schädliche Nebenprodukte vermeiden oder diese mit ihrer Hilfe abbauen. Dieses Potenzial schöpft das Land mit dem Programm Starke Forschung Chemie.NRW aus: Es unterstützt die Forschungsinitiative „Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase“, welche die Universität Duisburg-Essen (UDE) mit der Ruhr-Universität Bochum und den Mülheimer Max-Planck-Instituten plant.

    „Wir bemühen uns um einen Sonderforschungsbereich (SFB), der 23 Arbeitsgruppen aus Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften bündelt. Wenn die Bewerbung bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft Erfolg hat, fließen in der ersten vierjährigen Förderperiode rund zehn Millionen Euro an die Verbundpartner“, erklärt Prof. Dr. Malte Behrens von der Anorganischen Chemie der UDE: „Um den SFB-Antrag besser vorbereiten zu können, sind die Mittel, die das Land und das Mercator Research Center Ruhr (Mercur) bereitstellen, extrem hilfreich.“

    Die gemeinsame Forschungsinitiative hat das Ziel, neue effiziente Katalysatoren zu entwickeln und besser zu verstehen, wie sie genau wirken. Prof. Behrens: „Neben Oxidationsreaktionen, die z.B. für die chemische Industrie wichtig sind, stehen dabei auch Prozesse wie die Elektrolyse von Wasser im Vordergrund.“ Dabei wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt – eine Reaktion, die durch Elektrokatalysatoren einfacher ablaufen kann.

    Der Wasserstoff kann als Energiespeicher genutzt werden, z.B. um Erzeugungsspitzen von Wind- und Solarstrom chemisch zwischenzuspeichern. Der gewonnene Wasserstoff kann verschieden genutzt werden, z.B. als Rohstoff für die chemische Industrie, als Antriebsenergie für Fahr- oder Flugzeuge oder auch für die Rückverstromung in Gaskraftwerken oder Brennstoffzellen.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Malte Behrens, Anorganische Chemie, Tel. 0201/183-3684, malte.behrens@uni-due.de

    Redaktion: Amela Radetinac, Tel. 0203/379-1488

  • Materials Chain researcher appointed professor

    28th March 2017, Research focus on simulation of complex fluids


    The Dean of the Faculty of Mechanical Engineering Prof. Dr.-Ing. Roland Span, Prof. Dr. Fathollah Varnik and Prof. Dr. Ingo Steinbach.

    ICAMS group leader Fathollah Varnik has been appointed Apl. Professor by the faculty of Mechanical Engineering of Ruhr-Universität Bochum.

    Professor Varnik's research focusses on the theory simulation of complex fluids. He has published more than 70 publications in renown scientific journals.

    Fathollah Varnik is a group leader at ICAMS since 2008. His teaching activities cover among other fields statisticals physics and the lattice Boltzmann method.

    http://www.icams.de/content/people/icams-staff-members/?detail=41

  • Experte für alte Stähle

    27th March 2017, Honorarprofessur für Dr.-Ing. Peter Langenberg


    Dr.-Ing. Peter Langenberg, Fotonachweis: privat

    Knapp 40.000 Brücken zählt das Bundesfernstraßennetz, darunter auch viele aus Stahl. Die meisten von ihnen sind zwischen 30 und 50 Jahre alt und nicht für die aktuellen Schwerverkehrsbelastungen ausgelegt. Angepasste werkstofforientierte Instandsetzungsmaßnahmen für Altstahlbrücken sind das Spezialgebiet von Dr.-Ing. Peter Langenberg (54), der am Mittwoch, 29. März zum Honorarprofessor der Universität Duisburg-Essen (UDE) ernannt wird. Anhand zweier Rheinbrücken, u.a. in Duisburg, stellt der Experte für Bruchmechanik neue Erkenntnisse zur Reparatur alter Stahlbauwerke vor (15 Uhr, Glaspavillon Campus Essen).

    Dr.-Ing. Peter Langenberg studierte von 1983 bis 89 Metallurgie und Werkstofftechnik an der RWTH Aachen, war dort bis 1999 wissenschaftlicher Mitarbeiter und promovierte 1995 mit Auszeichnung. Anschließend leitete er die Arbeitsgruppe„Bruchmechanik und Bauteilsicherheit“ und machte sich 1999 mit einem Ingenieurbüro selbständig. Seit 2002 engagiert er sich in zahlreichen anwendungsnahen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben sowie in verschiedenen europäischen Normungsgremien im Bereich Druckbehälter- und Rohrstähle, Baustahl und Eisenguss

    Dr.-Ing. Peter Langenberg bringt sein Fachwissen seit Jahren für das Institut für Metall- und Leichtbau an der UDE in Forschung und Lehre ein. Er unterrichtet Masterstudierende des Bauingenieurwesens in der bruchmechanischen Sicherheitsanalyse im Stahlbau. Außerdem gehört er dem Gutachterteam an, das derzeit die Resttragfähigkeit der geschädigten Schrägseilbrücken über den Rhein im Zuge der A1, Leverkusen, und der A40, Duisburg-Neuenkamp, untersucht.

    Weitere Informationen: https://www.uni-due.de/imperia/md/content/iml/docs/ank%C3%BCndigung_festveranstaltung_langenberg_honoraprofessur.pdf

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Spin-selektiver Transport in InAs-Nanodrähten ohne Magnetfeld

    23rd March 2017, Kooperation mit Jülich


    InAs-Nanodraht mit Kontakten, wie er für Transportmessungen eingesetzt wird. (c) CENIDE, AG Prost
    Ein Team vom Forschungszentrum Jülich konnte erstmals experimentell bei einer Temperatur von 100 Millikelvin (mK) nachweisen, dass die Ausrichtung des Elektronenspins auch ohne angelegtes Magnetfeld fest an die Transportrichtung in eindimensionalen Leitern gekoppelt ist. Simulationsrechnungen an der Uni Würzburg belegen, dass dieser Effekt der rein elektrischen geformten spiralförmigen Energiebandlücke in geeigneten eindimensionalen Leitern zugeordnet ist. Für die Experimente wurden InAs-Nanodrähte verwendet, die in der Arbeitsgruppe von Werner Prost an der Universität Duisburg-Essen epitaktisch gewachsen wurden.
  • Visit the Materials Chain at Hannover Messe 2017

    22nd March 2017, Exposition at the joint stand of the State of North Rhine-Westphalia


    Minister of Science (NRW), Svenja Schulze, exploring ferrofluids at the Materials Chain’s booth during last year’s Hannover Messe.

    What do gold nanoparticles, 3D-printed parts of a human skull, and a 15-kg-screw have in common? They all belong to the comprehensive scientific portfolio of the Materials Chain. Following the principle “From discovery to production”, current research results and selected items developed or manufactured at the three University Alliance Ruhr universities Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund University, and the University of Duisburg-Essen will be exhibited at the Hannover Messe 2017, from April, 24th – 28th in hall 2 stand B30.

  • Bahndrehimpuls von Plasmonen im Video

    21st March 2017, Publikation in Science


    c) Universität Stuttgart

    Mit Licht große Datenmengen übertragen und sogar Materie bewegen, das sind Zukunftsvisionen von Physikern, die sich mit Plasmonik beschäftigen. Wissenschaftlern vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es in Kooperation mit Kollegen aus Haifa (Israel), Kaiserslautern und Stuttgart gelungen, nanometerkleine Lichtstrudel auf einer Metalloberfläche zu erzeugen und sie im Takt von Attosekunden zu filmen.

    Was auf dem Bildschirm erscheint, sieht aus wie eine sich drehende Lakritzschnecke. Tatsächlich ist es die spiralförmige Bewegung einer durch Licht angeregten Elektronenwelle (Plasmon) auf einer Metalloberfläche, aufgenommen aus Einzelbildern mit einem Abstand von unvorstellbaren 100 Trillionsteln einer Sekunde.

    Dazu haben Forscher der Universitäten Stuttgart und Haifa einkristalline Goldinselchen angefertigt und per fokussierter Ionenstrahl-Lithographie eine Windung einer Archimedischen Spirale – den Ursprung der Lakritzschnecke – in die Oberfläche geritzt. Beschießt man diese mit einem Femtosekunden-Laserpuls, so nehmen die entstehenden Plasmonen genau diese Form an und rotieren in der Zeit als Spirale auf der Goldoberfläche.

    Zu Abbildung bedienen sich die Wissenschaftler der zeitaufgelösten 2-Photon-Photoemissionsmikroskopie (2PPE), die nur eine Handvoll Arbeitsgruppen weltweit beherrschen: Forscher der Universität Kaiserslautern und der UDE regen dazu mit einem ersten Femtosekundenpuls das Plasmon an. In variablem Abstand von wenigen Attosekunden bis Femtosekunden folgt anschließend ein zweiter Laserpuls, der konstruktive und destruktive Interferenz detektiert. Vergrößert man den zeitlichen Abstand zwischen anregendem (pump) und detektierendem Laserpuls (probe) bei jedem Ansatz um rund 100 Attosekunden, so ergibt sich aus der Summe der aneinandergefügten Bilder ein Film des rotierenden Plasmons.

    Es zeigte sich, dass bei jeder Anregung zwei Plasmonen unterschiedlicher Wellenlänge entstanden: Eines auf der sichtbaren Goldoberfläche und eines auf der unteren Grenzfläche zwischen Gold und Siliziumsubstrat. Die untere Spirale war dabei mit einer Wellenlänge von rund 180nm deutlich kleiner als ihr oberes Pendant (780 nm) und wurde vom Team um CENIDE-Physiker Prof. Dr. Frank-J. Meyer zu Heringdorf der UDE untersucht: Ihre geringe Größe öffnet die Tür zu möglichen neuen Anwendungen in der Optik, in der es auf möglichst kleine Wellenlängen ankommt, um die Beugungsgrenze zu unterschreiten. Die sichere und schnelle Übertragung großer Datenmengen per Glasfaserkabel ist dabei eine Option. „Wir denken aber auch schon darüber nach, Materie zu bewegen“, so Meyer zu Heringdorf. „Dafür müsste ein Partikel im Zentrum der Spirale liegen und mit ihr interagieren.“ Dann könnte ein Lichtpuls ausreichen, um ein Nanopartikel zu drehen und eine Funktion in Gang zu setzen.

    Originalpublikation: Spektor et al., SCIENCE 355 (2017) S. 1187 DOI: 10.1126/science.aaj1699

    Weitere Informationen: Prof. Dr. rer. nat. Frank Meyer zu Heringdorf, Fakultät für Physik, 0203 379-1465, meyerzh@uni-due.de

  • Thermoelektrische Generatoren aus polaren Oxid-Nanoschichten

    16th March 2017, Patentanmeldung zur Energierückgewinnung


    Aufbau der Oxid-Heterostrukturen des n-Typs (links) und des p-Typs. Blaue, orangefarbene und kleine rote Kugeln bezeichnen jeweils La-, Sr- und O-Ionen, während braune und dunkelblaue Oktaeder um Ti- bzw. Ni-Ionen zentriert sind. (c) AG Pentcheva

    Sie könnten heiße Rohrleitungen in der Industrie ummanteln oder am Abgasstrang unseres Autos sitzen: Thermoelektrische Generatoren nutzen Wärmegradienten, um Strom zu erzeugen und damit Energie zurückzugewinnen, die sonst verlorenginge. Leider enthalten viele der bisher hierfür verwendeten Materialien Elemente, die selten, giftig oder gar beides sind. Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben jüngst nachgewiesen, dass es auch anders geht: Ihre Technik, die auf Nanoschichten mit geladenen Grenzflächen basiert, haben sie zum Patent angemeldet.

    Thermoelektrische Generatoren funktionieren nur dann, wenn eine ihrer Seiten möglichst heiß, die andere dagegen kalt ist. Deshalb sollten sie selbst kaum Wärme leiten, elektrischen Strom hingegen sehr gut. Diese Eigenschaften sind schwierig zu kombinieren. Doch die Theoretischen Physiker Prof. Dr. Rossitza Pentcheva und Dr. Benjamin Geisler konnten nachweisen, dass eine Heterostruktur, bestehend aus sehr dünnen Schichten von Lanthannickelat und Strontiumtitanat, genau das kann. Die Perowskite werden epitaktisch Schicht für Schicht aufgewachsen, sodass das entstehende Material praktisch aus geladenen Grenzflächen besteht, die nur einen Nanometer voneinander entfernt sind.

    Diese Oxid-Heterostruktur ist im Gegensatz zu den klassisch genutzten Halbleitern auch bei hohen Temperaturen stabil und kommt zudem mit ungiftigen Materialien aus. Der Schichtaufbau streut die Phononen und verringert die Gitterwärmeleitung in senkrechter Richtung, erhöht dabei aber gleichzeitig den Seebeck-Koeffizienten.

    Der Clou an der Sache: Traditionell verwendet man zwei unterschiedliche Materialien, von denen eines negativ (n-Typ), das andere positiv dotiert ist (p-Typ). Pentcheva und Geisler konnten aber nachweisen, dass sich beide Typen aus derselben Materialkombination herstellen lassen, indem sie lediglich die Stapelfolge an den Grenzflächen verändern. Dazu haben die Wissenschaftler materialspezifische quantentheoretische Simulationen durchgeführt und darauf aufbauend die thermoelektrischen Eigenschaften der Heterostruktur berechnet. Das Fachmagazin Physical Review B berichtet darüber in seiner Märzausgabe. „Der p-Typ ist schon recht effizient, der n-Typ kann durch zusätzliche Modifikationen optimiert werden“, fasst Pentcheva zusammen. „Die breite Variabilität der Kationen in diesen Oxiden bietet geradezu eine Spielwiese, um noch weitere Materialkombinationen mit verbesserten Eigenschaften nach diesem Konzept zu identifizieren.“

    „Materialien vom p- und n-Typ sind häufig strukturell oder elektronisch nicht kompatibel“, erklärt Geisler. „Daher war es ein ganz neuer Denkansatz, beide Varianten aus dem gleichen Material aufzubauen.“ Die Wissenschaftler haben damit erstmals bewiesen, dass das Schichtenkonzept funktioniert und teure sowie schädliche Materialien überflüssig machen könnte.

    Originalpublikation: B. Geisler, A. Blanca-Romero, and R. Pentcheva: „Design of n- and p-type oxide thermoelectrics in LaNiO3/SrTiO3(001) superlattices exploiting interface polarity“, Physical Review B 95, 125301 (2017) DOI: 10.1103/PhysRevB.95.125301

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, 0203 379-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Neue Vereinbarung zum 10-jährigen Bestehen

    13th March 2017, Jubiläum der Universitätsallianz Ruhr

    Nach zehn Jahren erfolgreicher Kooperation haben die drei großen Universitäten im Ruhrgebiet ihre Partnerschaft neu besiegelt: Die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen erneuerten die Rahmenkooperationsvereinbarung, um ihre Zusammenarbeit in der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) zu festigen. Der Vertrag verdeutlicht, welch dynamische Entwicklung der Verbund seit seiner Gründung am 12. März 2007 genommen hat.

    Als Universitätsallianz Metropole Ruhr (UAMR) hatten sich die drei Universitäten vor zehn Jahren zusammengeschlossen, um enger zu kooperieren, gleichzeitig jedoch ihre Eigenständigkeit zu wahren. Der Verbund präsentierte sich als „neue Instanz in der Wissenschaftslandschaft“ mit damals 89.000 Studierenden. Heute ist die Bedeutung des Ruhrgebiets als Wissenschaftsregion weithin sichtbar: Im aktuellen Förderatlas der Deutschen Forschungsgemeinschaft rangiert die UA Ruhr bundesweit auf Platz 5 der Wissenschaftsregionen, hinter Berlin, München, Heidelberg/Mannheim und Aachen. Die Zahl der Studierenden ist auf knapp 120.000 gewachsen.

    Die UA Ruhr gilt als Vorreiter der Universitätsverbünde in Deutschland, kein anderer Verbund hat eine solch ausgeprägte Tradition. Bei Unterzeichnung der ersten Kooperationsvereinbarung hatten die Universitäten bereits drei Jahre lang ein gemeinsames Verbindungsbüro in New York betrieben. Von diesem Erfolg inspiriert beschloss man, die Zusammenarbeit „wo immer sinnvoll“ auszubauen. Das zehnjährige Bestehen gab nun den Anstoß, die dynamische Entwicklung nachzuzeichnen und in eine neue Rahmenvereinbarung zu gießen. Während über die Jahre das M für Metropole im Namen entfiel, haben sich vielfältige Kooperationen gebildet und feste Strukturen etabliert.

    So wurde 2013 ein hochrangig besetzter Forschungsrat gegründet, der gemeinsame Profilschwerpunkte in der Forschung identifiziert. Mit „Ruhr explores solvation (RESOLV)“ und „Materials Chain“ wurden zwei gemeinsame Profilschwerpunkte ins Leben gerufen, in denen die UA Ruhr internationale Spitzenforschung betreibt. Seit 2010 unterstützt das Mercator Research Center Ruhr die Zusammenarbeit der drei Universitäten, insbesondere durch Förderung bi- und trilateraler Forschungsprojekte. Einen besonderen Schwerpunkt legt die UA Ruhr auf die Nachwuchsförderung. Aufbauend auf den bestehenden Programmen ScienceCareerNet Ruhr und Global Young Faculty werden die Aktivitäten ab 2017 unter dem Dach der Research Academy Ruhr gebündelt.

    In der Lehre haben die drei Universitäten schon 2009 den Studienraum RuhrCampus3 etabliert, sodass Studierende kostenlos einen Zweithörerstatus an den Partnerunis erhalten. Im Jahr 2011 ging mit dem Bachelor-/Masterstudiengang Medizinphysik der erste gemeinsame Studiengang an den Start, 2013 folgte der Masterstudiengang Biodiversität. Auch die Internationalisierung hat sich weiterentwickelt: Im Jahr 2009 eröffnete ein gemeinsames Verbindungsbüro in Moskau, 2011 folgte eine Dependance in Brasilien.

    Obschon die Internationalisierung den Anstoß für die Partnerschaft gab, unterstreichen die drei Universitäten insbesondere ihre gemeinsame wirtschaftliche und soziale Verantwortung für die Region. So ist die UA Ruhr seit dem vergangenen Jahr auch Mitglied im Initiativkreis Ruhr. Dabei liegt ihr stärkster Beitrag für die regionale Wirtschaft in der Ausbildung von hochqualifizierten Fachkräften: Jährlich machen 16.000 Studierende ihren Abschluss an der UA Ruhr.

    Diese und weitere Erfolge wollen die drei Universitäten gemeinsam mit Partnern und Mitgliedern am 13. Juli auf dem Festakt „10 Jahre Universitätsallianz Ruhr“ in der Jahrhunderthalle Bochum feiern.

    Weitere Informationen : Dr. Hans Stallmann, Koordinator UA Ruhr, Tel. 0234/32-27892, E-Mail: hans.stallmann@uaruhr.de

  • Forschungsstipendium

    7th March 2017, Der Big Apple ruft

    Dr. Jutta Rogal hat ein Feodor-Lynen-Stipendium der Humboldt-Stiftung erhalten und forscht ab März 2017 für ein Jahr an der New York University. Dort möchte sie an neuen Methoden arbeiten, um Materialeigenschaften von Metallen auf atomarer Ebene besser verstehen zu können.

    http://news.rub.de/leute/2017-03-02-forschungsstipendium-der-big-apple-ruft

  • Umweltfreundlich düsen

    23rd February 2017, Humboldt-Stipendiat in der AG Barcikowski


    (c) Dr. Erwan Bertin

    Abgase, die nicht umweltschädlich sind – zu schön, um wahr zu sein? Mitnichten: Forscher wie Dr. Erwan Bertin (29) stellen u.a. neue Materialien her, die das möglich machen sollen. Er ist derzeit Gast bei Professor Dr. Stephan Barcikowski in der Technischen Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE). Sein Aufenthalt wird finanziert durch ein Forschungsstipendium für Postdoktoranden der Alexander von Humboldt-Stiftung.

    Der Franko-Kanadier Bertin, der auf die Elektrokatalyse spezialisiert ist, hat sich bewusst für die UDE entschieden. Bis 2019 wird er hier neue Katalysatoren für Brennstoffzellen entwickeln. Sie werden also weder mit Öl arbeiten noch Kohlendioxid ausstoßen und die Atmosphäre verschmutzen.

    Die Synthese, die sich in ihnen vollzieht, wird der junge Forscher mit einem Laserstrahl in einer Flüssigkeit ausführen (gepulste Laser-Ablation). Neu ist das Verfahren zwar nicht. Allerdings sei der derzeit beste Katalysator sehr teuer, da er auf einer Platinlegierung basiert, sagt Bertin. Er möchte die Platin-Menge reduzieren oder sogar vollkommen überflüssig machen.

    Erwan Bertin studierte Chemie an der University of Sherbrooke, Kanada (2005 bis 2009). Anschließend forschte er von 2010 bis 2015 an der Université de Quebec. Zudem war er von Mai bis Dezember 2016 Gastforscher am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland.

    Weitere Informationen: Dr. Erwan Bertin, Technische Chemie, Tel. 0203/379-8224, erwan.bertin@gast.uni-due.de Prof. Dr. Stephan Barcikowski, Technische Chemie, Tel. 0201/183-3150, stephan.barcikowski@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • NanoEnergie-Symposium im März

    22nd February 2017, Kooperation mit Tsukuba


    (c) University of Tsukuba

    Am 10. und 11. März findet im japanischen Tsukuba ein internationales Symposium „Nanoscience and Nanotechnology“ statt. Es ist das mittlerweile sechste gemeinsame Symposium innerhalb der seit 2011 bestehenden Kooperation zwischen der Universität Tsukuba und dem Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE).

    Rund 60 Nanowissenschaftler tauschen sich auf der japanischen Hauptinsel Honshu über neue Entwicklungen in den Nanowissenschaften aus. Neue Materialien für die Energietechnik bilden dabei einen Schwerpunkt. Aus den Reihen von CENIDE treten die interkontinentale Reise an: Dr. Klaus Friedel (AG Behrens, Chemie), Ina Haxhiaj (AG Marzun/Barcikowski, Chemie), Apl. Prof. Dr. Hermann Nienhaus (Physik), Dr. Tobias Teckentrup (Geschäftsführer CENIDE) und Dr. Nicolas Wöhrl (AG Lorke, Physik).

    Auch in den Jahren 2017 und 2018 fördert der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) die Kooperation mit Tsukuba mit insgesamt 52.000 Euro. Das Geld soll insbesondere Nachwuchswissenschaftlern in Form von Reisemitteln zugutekommen. Projektbeteiligte auf CENIDE-Seite sind Prof. Dr. Stephan Barcikowski, Prof. Dr. Malte Behrens, Prof. Dr. Mathias Ulbricht (Chemie), Dr. Niels Benson (Ingenieurwissenschaften) sowie Prof. Dr. Axel Lorke (Physik).

    CENIDE-Geschäftsführer Dr. Tobias Teckentrup: „Die Kooperation mit Tsukuba ist wissenschaftlich sehr erfolgreich, und wir stellen sie immer breiter auf – sowohl personell als auch thematisch.“

    Auch japanische Wissenschaftler kommen zu Besuch an die Universität Duisburg-Essen: Einer von ihnen ist Prof. Dr. Yohei Yamamoto, der im Sommer 2017 für drei Monate in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Axel Lorke zu Gast ist.

    Weitere Informationen: Dr. Tobias Teckentrup, 0203 379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Graphen unter Beschuss

    6th February 2017, UDE: 2D-Material übersteht extrem hohe Stromdichten


    (c) AG Schleberger

    Das Teilchen durchschlägt die hauchdünne Probe mit bis zu 450.000 m/s, doch alles bleibt heil: So geschehen bei einem internationalen Wissenschaftler-Team, zu dem auch Professor Dr. Marika Schleberger vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) gehört. Ihre Probe aus freitragendem Graphen konnte die Ladung eines energiereichen Ions innerhalb von Femtosekunden ausgleichen und so eine Explosion im Nano-Maßstab verhindern. „Nature Communications“ berichtet darüber in seiner aktuellen Ausgabe.

    Freistehendes Graphen ist sehr schwierig zu präparieren und stabilisieren, daher wandte sich die federführende Arbeitsgruppe von der Technischen Universität Wien an UDE-Physikerin Marika Schleberger: Ihren Teammitgliedern Roland Kozubek und Anke Hierzenberger gelang das Kunststück, das 2D-Material ohne stabilisierende Unterlage nahezu defektfrei auf ein Gitter aus Goldstegen zu überführen. Dessen Zwischenräume von etwa 1,2 Mikrometern Durchmesser erlaubten es, die einzelne Lage Kohlenstoffatome freischwebend zu untersuchen.

    Die Experimente fanden im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf statt: Hier zeigte sich, dass Graphen im Gegensatz zu anderen Kohlenstoffschichten in der Lage ist, innerhalb von Billiardsteln einer Sekunde negativ geladene Elektronen an die Stelle zu leiten, der sich ein stark positiv geladenes Ion nähert. Schon vor dem Einschlag gleicht es so die Ladungen aus und verhindert eine Mini-Explosion, die das Material stark schädigen würde. Untersuchungen im Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) an der UDE konnten dies im Bild belegen: Die hochauflösende Mikroskopie macht einzelne Kohlenstoffatome sichtbar und offenbarte vor und nach dem Ionenbeschuss ein völlig intaktes Gitter.

    „Das war eine Überraschung für uns,“ berichtet Schleberger. „Graphen toleriert offenbar dreimal höhere Stromdichten als bisher vermutet.“ Im nächsten Schritt wollen sie untersuchen, wie andere 2D-Materialien und Mehrfachschichten auf den Ionenbeschuss reagieren.

    Für die Publikation in „Nature Communications“ hat ein internationales Team aus Experimentalphysikern und Theoretikern zusammengearbeitet.

    Bildunterschrift: Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt das unbeschädigte Graphen-Gitter auch nach dem Ionenbeschuss. In der hohen Auflösung ist deutlich die Bienenwaben-Struktur aus je sechs Kohlenstoff-Atomen zu erkennen.

    Originalpublikation: E. Gruber, R.A. Wilhelm, R. Pétuya, V. Smejkal, R. Kozubek, A. Hierzenberger, B.C. Bayer, I. Aldazabal, A.K. Kazansky, F. Libisch, A.V. Krasheninnikov, M. Schleberger, S. Facsko, A.G. Borisov, A. Arnau, F. Aumayr: „Ultrafast electronic response of graphene to a strong and localized electric field“, Nature Communications 7, 13948 (2016)

    DOI: 10.1038/ncomms13948

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Marika Schleberger, 0203 379-1600, marika.schleberger@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Energiequelle Sonne

    3rd February 2017, Prof. Dr. Martina Schmid ist neu an der UDE


    (c) UDE / Frank Preuß

    Sonnenlicht sendet praktisch unerschöpflich viel Energie zur Erde. Wie sie mit möglichst wenig Rohstoffeinsatz genutzt werden kann, erforscht Prof. Dr. Martina Schmid (35), die jetzt an die Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen (UDE) berufen wurde.

    Sie befasst sich vor allem mit Solarzellen aus Kuper-Indium-Gallium-Selen-Verbindungen, sog. Chalkopyriten. Sie sind nicht nur effizient, sondern bieten auch ein großes Potential für neue Konzepte, um das Lichtspektrum maximal ausnutzen zu können. Nano- und mikrooptische Konzepte spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Mit ihnen kann das Licht dorthin geführt werden, wo es effektiv umgewandelt werden kann.

    Martina Schmid studierte bis 2006 Physik an der Universität Augsburg. Danach forschte sie am Helmholtz-Zentrum und an der Freien Universität Berlin, wo sie 2010 promoviert wurde. Im Anschluss forschte sie mehrere Jahre im Ausland: 2008 in Australien an der University of New South Wales und 2010 als Postdoc an der University of Ljubljana in Slowenien. 2011/12 war sie Gastwissenschaftlerin am California Institute of Technology, USA. Ab 2012 leitete sie eine Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Zentrum Berlin. Von 2013 bis 2016 war sie Juniorprofessorin an der Freien Universität Berlin. Sie wurde bereits mehrfach für ihre Forschung ausgezeichnet.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. rer. nat. Martina Schmid, Fakultät für Physik, Tel. 0203/379-2181, martina.schmid@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • RUB-Forscherin erhält Joachim-Walther-Schultze-Preis

    23rd January 2017, Nanopartikel könnten der Schlüssel zu nachhaltigen Energietechnologien sein. An ihnen forscht Kristina Tschulik.


    Seit 2015 an der RUB: Kristina Tschulik

    Prof. Dr. Kristina Tschulik hat den Joachim-Walther-Schultze-Preis erhalten. Die Arbeitsgemeinschaft Elektrochemischer Forschungsinstitutionen verleiht die Auszeichnung alle zwei Jahre an Nachwuchsforscherinnen und -forscher, die einen bedeutenden Beitrag im Bereich der Elektrochemie geleistet haben. Der Preis ist mit 2.000 Euro dotiert.

    Die Bochumer Wissenschaftlerin, Mitglied im Team des Exzellenzclusters Resolv, hat die Ehrung im September 2016 auf der Tagung „Electrochemistry 2016“ entgegengenommen.

    http://news.rub.de/leute/2016-10-20-elektrochemie-rub-forscherin-erhaelt-joachim-walther-schultze-preis

  • Zeitenwende in der Autoindustrie

    23rd January 2017, CAR-Symposium mit Nobelpreisträger

    Die Autoindustrie steht seit einigen Monaten erheblich unter Druck: Donald Trump fordert die US-Produktion, der Diesel steckt in der Krise, China plant Quoten für Elektroautos, das Robocar wird greifbar. Zu einem Branchentreffen mit Brisanz lädt deshalb Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer von der Universität Duisburg-Essen (UDE) ein. Am 1. Februar kommen die großen Automobilhersteller und zahlreiche Experten zum 17. Internationalen CAR-Symposium in den Bochumer RuhrCongress.

    Wie hochrangig die Referentenliste ist, zeigt sich gleich zu Beginn (9 Uhr) mit dem Nobelpreisträger für Chemie aus dem Jahr 2014: Prof. Stefan W. Hell. Der Leiter des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen wird gemeinsam mit dem BMW-Vorstandsvorsitzenden Harald Krüger u.a. über Innovationsprozesse in Industrie und Wissenschaft diskutieren.

    Weitere renommierte Gäste sind die IBM-Managerin für Künstliche Intelligenz Harriet Green oder auch der Vodafone-Chef Dr. Hannes Ametsreiter. Dies ermöglicht u.a. Diskussionen über die Perspektiven des autonomen Fahrens, die sich nur mit superschnellen Datenübertragungen umsetzen lassen. Das Programm bietet mehr als 60 Fachvorträge, an der Ausstellung beteiligen sich über 100 Partnerfirmen.

    Auf dem CAR Symposium tauschen sich jedes Jahr über 1.200 führende Manager und Entscheider über die Chancen und Herausforderungen zukünftiger Mobilität aus. Prof. Dudenhöffer: „Wir fragen unter anderem danach, welche Trends und Entwicklungen uns in den nächsten 10 Jahren erwarten oder hat das Auto, das wir heute kennen, überhaupt noch eine Zukunft?“

    Weitere Informationen: https://www.uni-due.de/car/

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Entdeckung beruht auf Nanostruktur

    17th January 2017, Shell-Ferromagnet: Ein Quasi-Monopol im Video


    Darstellung der Magnetisierungsrichtung von Kern, Hülle und Umgebungsstruktur.

    (c) CENIDE, AG Farle

    Ein einseitiger Magnet wurde zuvor noch nie beobachtet oder gar hergestellt: Doch Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der türkischen Muğla Sıtkı Koçman University haben soeben solch einen Nanomagneten erzeugt und analysiert. Dass das Phänomen auch unter normalen Raumbedingungen stabil ist, zeigen die Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung in „Nature – Scientific Reports“ und auf YouTube.

    Im Video ist es auch für Laien zu erkennen: Auf der einen Seite lässt sich das etwa daumennagelgroße Teilchen vom Magneten anziehen. Dreht man es um 180 Grad, passiert hingegen nichts. „Diese Entdeckung ist mehr als ungewöhnlich“, erklärt UDE-Prof. Dr. Mehmet Acet. „Bisher gibt es solche Materialien nur in der Theorie.“

    Gemeinsam mit seiner türkischen Kollegin Dr. Aslı Çakır erhitzte er eine Probe aus Nickel, Mangan und Indium in einem Magnetfeld auf rund 380°C. Dabei beobachteten die Wissenschaftler, dass sich die Struktur des Materials veränderte. Es bildeten sich einzelne, nur rund zwei bis fünf Nanometer große Partikel, die in eine antiferromagnetische Matrix eingebettet sind. Auf diese Art verändert, verhielt sich die Probe plötzlich wie ein einseitiger Magnet – vereinfacht ausgedrückt bestand sie nur aus Nordpol.

    Analysen ergaben, dass die Partikel aus einem Kern und einer Hülle bestehen. Dabei bleibt die Magnetisierungsrichtung der Hülle immer gleich – im Kern dagegen lässt sie sich von außen beeinflussen. Die Probe lässt sich nur dann anziehen, wenn die Magnetisierung innen und außen gleich ausgerichtet ist – und auch dann nur auf der entsprechenden Seite. Doch dann ist ihre Kraft dreimal stärker als die der Elektromagneten, mit denen man auf Schrottplätzen ganze Autos hochhievt. Weist die Magnetisierung in Kern und Hülle hingegen zu verschiedenen Seiten, so hebt sich die Wirkung komplett auf.

    Eine solches Material böte sich unter anderem für die Permanentmagnet-Technologie und die Datenspeicherung an, denn „einmal mit dem Laser eingebrannt, hält die starke Magnetisierung bis in alle Ewigkeit“, erläutert Acet. Zusammen mit drei anderen Arbeitsgruppen aus der Physik möchte er diesem Phänomen künftig weiter auf den Grund gehen.

    Link zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=0VlSksW2G-s

    Originalpublikation: A. Çakır, M. Acet, and M. Farle. Shell-ferromagnetism of nano-Heuslers generated by segregation under magnetic field. Sci. Rep. 6, 28931 (2016). DOI: 10.1038/srep28931

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Mehmet Acet, Fakultät für Physik, 0203 379-2023, mehmet.acet@uni-due.de

  • Im Jungen Kolleg der NRW-Akademie

    17th January 2017, Dr.-Ing. Patrick S. Kurzeja


    (c) privat

    Ein hervorragender junger Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE), Dr.-Ing. Patrick S. Kurzeja (31), wurde jetzt in das Junge Kolleg der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste berufen.

    Der gebürtige Gleiwitzer wuchs am östlichen Rande des Ruhrgebiets auf, studierte und promovierte an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) Maschinenbau (Diplom 2010 und Promotion 2013). Sein Interesse war früh disziplinübergreifend: Das Erkunden von Schallwellen in flüssigkeitsgefüllten Materialien wurde durch ein Mathematikstudium und Geophysikkooperationen begleitet. In seiner Postdoc-Zeit an der Harvard University (2015/16) untersuchte er, wie weiche, instabile Polymerschäume akustisch charakterisiert werden.

    Derzeit simuliert Patrick Kurzeja an der UDE Mikro- und Nanopartikel in Flüssigkeiten, um vom Verhalten auf der kleinen Skala auf effektive Eigenschaften wie Viskosität und Elastizität zu schließen. Das Forschungsgebiet „Dynamik von flüssigkeitsgefüllten Strukturen“ liegt zwischen Mechanik und Materialwissenschaften und kombiniert theoretische Vorhersagen mit Computersimulationen und Experimenten.

    Ein Beispiel ist die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Knochen oder Gesteinen. Ab einer bestimmten Frequenz löst sich die Flüssigkeit (z. B. Knochenmark) vom festen Rahmen (z. B. Knochenskelett) und erzeugt eine eigene Welle. Dies lässt Rückschlüsse auf die Größe von Poren oder Einlagerungen zu, ohne das Material zu zerstören.

    In das Junge Kolleg der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste können bis zu 30 herausragende junge Wissenschaftler aller Fachrichtungen für jeweils vier Jahre berufen werden. Die Nachwuchswissenschaftler werden fachlich, finanziell und ideell unterstützt. Sie erhalten bis zu vier Jahre lang ein jährliches Stipendium in Höhe von 10.000 Euro

    Weitere Informationen: http://www.awk.nrw.de/akademie/junges-kolleg.html Dr.-Ing. Patrick S. Kurzeja, Fakultät für Physik, AG Prof. Wolf, Tel. 0203/379-3321, patrick.kurzeja@uni-due.de

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Schwarze Löcher im Labor

    5th January 2017, Forschungspreisträger der Humboldt-Stiftung zu Gast an der Fakultät für Physik der UDE


    (c) Fakultät für Physik, UDE

    Neben Stephen Hawking ist William Unruh der wohl bekannteste Experte auf dem Gebiet der Quanteneffekte von Schwarzen Löchern. Der Forschungspreisträger der Alexander von Humboldt-Stiftung erforscht diese fundamentalen Effekte und untersucht, inwieweit diese sich im Labor reproduzieren lassen. Derzeit ist er Gast bei Prof. Dr. Ralf Schützhold in der Theoretischen Physik an der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Schwarze Löcher gehören zu den exotischsten Objekten im Universum. Ihre Gravitationskraft ist so stark, dass nichts – noch nicht einmal Licht – entkommen kann. Das Verständnis der Physik Schwarzer Löcher ist sehr wichtig für die Suche nach einer Theorie, welche alle Kräfte der Natur vereinigt.

    Vor 40 Jahren hat Stephen Hawking herausgefunden, dass diese Schwarzen Löcher aufgrund der Gesetze der Quantenphysik eine schwache Strahlung aussenden sollten. William Unruh ist einer der führenden Experten auf diesem Gebiet und erforscht die Eigenschaften und den Ursprung dieser Strahlung. Er hatte auch eine Idee, wie man einen ganz ähnlichen Effekt im Labor erzeugen und dadurch besser verstehen könnte. Diese Idee hat inzwischen viele Anhänger gefunden, so dass es nun erste erfolgreiche Experimente dazu gibt.

    William Unruh studierte Physik an der University of Manitoba (Kanada) und promovierte in Princeton (USA) bei John Wheeler. Nach mehreren Forschungsaufenthalten (z.B. in London bei Roger Penrose) wurde er auf eine Professur an der University of British Columbia in Vancouver (Kanada) berufen, die er seitdem innehat. Seine Arbeiten wurden vielfach ausgezeichnet.

  • Labor der Zukunft

    21st December 2016, An-Institut der UDE gewinnt Wettbewerb


    (c) IUTA e.V. / Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft

    Beeindruckende Großgeräte, lange Gänge mit etlichen Türen – so stellen wir uns Labore vor. Das Institut für Energie- und Umwelttechnik IUTA beweist, dass es viel kleiner geht. Es entwickelt das FutureLab NRW, ein digitalisiertes Modelllabor für die miniaturisierte Analytik. Mit diesem Projekt gehört das An-Institut der Universität Duisburg-Essen (UDE) zu den Gewinnern des Wettbewerbs „Forschungsinfrastrukturen NRW“. Mit 4,9 Mio. Euro soll das Vorhaben gefördert werden.

    „Wir entwickeln die Infrastruktur für das digitalisierte Analytik-Labor der Zukunft. Es soll die klassischen Geräte und Verfahren ablösen, denn die brauchen viel Platz und Ressourcen“, erklärt Prof. Dr. Dieter Bathen vom IUTA. Intelligente Labormöbel und Geräte wie Waagen oder Pipetten sind dabei über eine einheitliche Datenschnittstelle verbunden. FutureLab NRW ist besonders interessant für kleine und mittelständische Unternehmen aus der Analyse- und Labortechnik, Energie- und Umweltwirtschaft, Gesundheit, Informations- und Kommunikationswirtschaft sowie den Life Sciences. Denn diese bauen entweder die Komponenten oder betreiben in großem Maßstab entsprechende Labore.

    In der neuen Förderinitiative „Forschungsinfrastrukturen NRW“ wurden von 50 eingereichten Beiträgen 18 Projekte ausgewählt. Sie sollen nun mit insgesamt 60 Millionen Euro unterstützt werden.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Dieter Bathen, Thermische Verfahrenstechnik, Tel. 0203/379-1645, dieter.bathen@uni-duisburg-essen.de Dr. Stefan Haep,Geschäftsführer des IUTA, Tel. 02065/418-204, haep@iuta.de

    Redaktion: Katrin Koster, Tel. 0203/379-1488

  • Forschung an Supraleitern

    20th December 2016, Den Energiefluss per Laser verfolgen


    Im Versuchsaufbau erscheinen die zwei Laserstrahlen durchgehend, weil sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – tatsächlich sind es aber wenige Billiardstel einer Sekunde lange Lichtpulse. Mit dem roten Laser wird die Probe angeregt, abgefragt wird mit UV-Licht. Da Letzteres für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, wird es im Foto durch den grünen Strahl ersetzt.

    © AG Bovensiepen, UDE

    Unterhalb einer bestimmten Temperatur leiten sie den elektrischen Strom widerstandslos und damit extrem effizient: Bisher weiß man nur, dass Hochtemperatur-Supraleiter funktionieren – aber nicht, wie. Physikern der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es gelungen, den Energiefluss im Material nachzuverfolgen. Dafür nutzten sie ein Werkzeug, das selbst schnell genug ist, um diese Prozesse zu erfassen: Licht. Das Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlichte ihre Ergebnisse soeben.

    Ein Supraleiterkabel verbindet seit 2014 zwei Umspannwerke im Zentrum der Stadt Essen. Es ist das weltweit längste, so der Energieversorger. Auf einem Kilometer ersetzt es in einem Pilotprojekt die konventionelle Erdleitung und benötigt nur etwa ein Zehntel der Spannung, um eine fünfmal so hohe Strommenge zu transportieren.

    „Uns reicht es aber nicht zu wissen, dass es funktioniert“, erklärt Prof. Dr. Uwe Bovensiepen, Sprecher des Sonderforschungsbereichs Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne und Mitglied im Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE). „Wir Physiker möchten solche komplexen Materialien verstehen.“ Dazu bedienen sich die Wissenschaftler seiner Arbeitsgruppe der sogenannten Laser-Stroboskoptechnik: Mit unvorstellbar kurzen Lichtpulsen von nur wenigen Billiardsteln einer Sekunde regen sie das Material an und fragen das Ergebnis mit leicht verzögert abgegebenen Laserpulsen ab. „Das ist in etwa so, als wenn man einen Stein ins Wasser wirft und anschließend die Wellen beobachtet“, verdeutlicht Bovensiepen. Dadurch machen sie den Energiefluss sichtbar wie in einem Film, der aus lauter eingefrorenen Einzelbildern besteht – von der Anregung bis zurück zu dem Moment, in dem der Ausgangszustand wieder erreicht ist.

    Dabei wurde erstmals eine besondere Wechselwirkung bemerkt, bei der angeregte Elektronen und die Atome in der gleichen Frequenz miteinander schwingen – wie eine Stimmgabel, die einen einzigen reinen Ton erklingen lässt. Noch ist nicht bekannt, welchen Einfluss dieser Zustand auf die elektrischen Eigenschaften des Supraleiters hat, aber „irgendetwas Besonderes ist da dran.“ Was das ist, wollen sie im nächsten Schritt herausfinden.

    Die Veröffentlichung entstand zusammen mit Kollegen aus den USA (New York, Raleigh und Washington D.C.), aus Japan (Tsukuba) sowie aus Hamburg.

    Originalpublikation: J. D. Rameau, S. Freutel, A. F. Kemper, M. A. Sentef, J. K. Freericks, I. Avigo, M. Ligges, L. Rettig, Y. Yoshida, H. Eisaki, J. Schneeloch, R. D. Zhong, Z. J. Xu, G. D. Gu, P. D. Johnson, and U. Bovensiepen, "Energy Dissipation from a Correlated System Driven Out of Equilibrium," Nature Communications (2016) DOI: 10.1038/NCOMMS13761

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Uwe Bovensiepen, Experimentalphysik, Tel. 0203/379-4566, uwe.bovensiepen@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • NRW-Rückkehrer entscheidet sich für die UDE

    9th December 2016, Programm für Spitzenforscher


    Prof. Dr. Björn Sothmann

    Er ist ein herausragender Wissenschaftler, der schon in Genf und Würzburg geforscht hat: Nun setzt Prof. Dr. Björn Sothmann seine Karriere an der Universität Duisburg-Essen (UDE) fort. Der Physiker gehört zu den drei Forschern, die in diesem Jahr über das Rückkehrprogramm des Wissenschaftsministeriums an eine nordrhein-westfälische Uni wechseln.

    Er hat die Fachjury mit seiner Bewerbung und im zweitägigen Symposium überzeugt. Ab Dezember wird Professor Sothmann daher an der UDE seine eigene Arbeitsgruppe aufbauen. Dazu stellt ihm das Wissenschaftsministerium NRW über das Rückkehrprogramm insgesamt 1,25 Millionen Euro für fünf Jahre zur Verfügung. „Es gibt viele Verbindungen zwischen meiner Forschung und den Themen der Kollegen in Duisburg und Essen“, erklärt er. „Da sich hier vielversprechende Kooperationen abzeichnen, habe ich mich für die UDE entschieden.“

    Der 35-Jährige beschäftigt sich mit elektronischem Transport in mesoskopischen Systemen. Damit bezeichnet man Strukturen, in denen Quanteneffekte, wie zum Beispiel Interferenz, eine Rolle spielen. Ein Schwerpunkt seiner Forschung ist die Thermoelektrik, bei der Wärme in elektrische Energie umgesetzt wird. „Ich analysiere die Eigenschaften verschiedener Strukturen und versuche, die hierfür am besten geeigneten Systeme zu identifizieren.“

    Der Theoretische Physiker wird eng mit Wissenschaftlern vom Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) zusammenarbeiten – auch mit Prof. Dr. Jürgen König, der den jungen Kollegen auf das Rückkehrprogramm aufmerksam gemacht hat: „Sein Forschungsgebiet ergänzt unser Spektrum in Richtung Nanoenergie hervorragend. Ich bin froh, dass er sich für unsere Universität entschieden hat.“

    Sothmann kommt gebürtig aus Gelsenkirchen, hat in Bochum studiert und in Duisburg promoviert. Anschließend war er als Postdoc an der Universität Genf (Schweiz) sowie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Björn Sothmann, Theoretische Physik, Tel. 0203/379-3323, bjoerns@thp.uni-due.de

  • Die größte Wissenslücke in der Plasmaforschung

    9th December 2016, Plasmen bestehen aus vielen energiereichen Bestandteilen. Das ist Segen und Fluch zugleich.


    Will die Energie aus Plasmen nutzen: Prof. Dr. Peter Awakowicz

    Pflanzen produzieren mit Lichtenergie Sauerstoff und Biomasse; Autos entfernen mithilfe von Wärmeenergie Schadstoffe aus Abgasen. Beide Formen von Katalyse basieren auf unterschiedlichen Energiequellen. Forscher haben unlängst einen weiteren potenziellen Energielieferanten in den Blick genommen: das Plasma. Es stellt den energiereichsten Zustand der Materie dar.

    Ein Plasma erzeugt Licht, energetische Teilchen, Wärme und reaktive Teilchen. All diese Bestandteile sind potenzielle Energielieferanten für katalytische Prozesse; das eröffnet ein weites Anwendungsspektrum. Genau darin liegt aber auch das Problem.

    Um Plasmen gewinnbringend für die Katalyse einzusetzen, müssen wir quantitativ die Prozesse erforschen, die bei der Wechselwirkung des Plasmas mit einer katalytischen Oberfläche auftreten können. Aufgrund der vielen Plasmabestandteile ist das eine Herausforderung – aber es bietet auch Chancen. Deswegen arbeiten wir an der RUB daran.

    http://www.aept.ruhr-uni-bochum.de/institute/

  • Graphen-Heizung für Autoscheiben

    5th December 2016, UDE bei NRW-Nano-Konferenz

    Eine transparente Heizung aus Graphen für die Windschutzscheibe, ein kleines Brennstoffzellenauto frisch aus dem Labor: Bei der 7. NRW-Nano-Konferenz am 7. und 8. Dezember in Münster präsentiert die Universität Duisburg-Essen (UDE) an Stand 27 aktuelle Forschung, neueste Entwicklungen und auch Serviceleistungen aus ihrem Profilschwerpunkt „Nanowissenschaften“.

    Unter dem Dach des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), das den Profilschwerpunkt der UDE vertritt, stellt die Nachwuchsgruppe Solid State Lighting neue LED-Lichtkonzepte vor, auf der Basis von Nanostrukturen. Der Lehrstuhl Werkstoffe der Elektrotechnik nutzt mit dem Material Graphen eine einzige Lage Kohlenstoffatome, um zwei Glasscheiben zu erhitzen. Anfassen ist hier ausdrücklich erwünscht.

    Umkreist werden die Exponate von einem Modellauto, das die Wissenschaftler vom Lehrstuhl Technische Chemie I mit Wasserstoff antreiben – und das als „Abgas“ lediglich Wasserdampf hinterlässt. Hier zeigen die mobilen Partikelmessgeräte des Instituts für Energie- und Umwelttechnik (IUTA e.V.) nichts an, obwohl sie Strukturen bis hinunter zu zehn Nanometern Durchmesser erfassen können, wie sie in Pilotanlagen des IUTA hergestellt werden. Das Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) stellt sich den Besuchern mit seinem einzigartigen Gerätepark für Analysen auf der Nanometerskala vor.

    Mehr als 700 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft erwarten die Veranstalter. Schwerpunktthemen sind in diesem Jahr Gesundheit, Elektronik, Neue Werkstoffe, Sicherheit und gesellschaftliche Akzeptanz, Energie und Geschäftsmodell Nanotechnologie.

    Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Blick ins Herz der Maschine

    2nd December 2016, Prof. Dr. Khadijeh Mohri, Ph.D. ist neu an der UDE


    Prof. Dr. Khadijeh Mohri

    Motoren oder Turbinen, die kaum Schadstoffe ausstoßen: Um das zu ermöglichen, analysiert Dr. Khadijeh Mohri, Ph.D. (35) u.a., wie Mehrphasenströmungen in Brennkammern und chemischen Reaktoren aufgebaut sind. Sie hat die Juniorprofessur für Tomographische Methoden der Energie- und Verfahrenstechnik an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen (UDE) übernommen.

    Um die komplexen Strömungen zu begreifen, analysiert Professorin Mohri diese mit vielen Kameraansichten, aus denen ein tomographischer Algorithmus direkt ein 3D-Modell erstellt. Mit dieser Methode lässt sich am besten verstehen, wie die turbulenten Flammen im Raum liegen, zusammengesetzt sind oder Schallwellen verstärken, die Bauteile zerstören können. Auf dieser Basis können Anlagen wie Kraftwerkskessel und chemische Reaktoren verbessert werden, um die Emissionen zu senken.

    Mohri studierte Luft- und Raumfahrttechnik von 2000 bis 2004 an der University of London. Nach ihrer Promotion (2008) am Imperial College London ging sie als Postdoc-Wissenschaftlerin an die Duisburger Universität, wo sie drei Jahre zur sogenannten laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) forschte, einem spektroskopischen Messverfahren, das u.a. in der Verbrennungstechnik eingesetzt wird. Danach arbeitete die LIF-Expertin u.a. in Projekten für die Daimler AG (2008/09), die Universität Stuttgart und Evonik Industries (2009-2011). Bevor die Britin an die UDE berufen wurde, untersuchte sie hier als Postdoc, wie elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten und sichtbaren Lichts (Chemilumineszenz) von Flammen abgestrahlt wird und wie dies Rückschlüsse auf die Flamme zulässt. Ihre Arbeit wurde mehrfach ausgezeichnet.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Khadijeh Mohri, Ph.D. DIC MEng, Institut für Verbrennung und Gasdynamik, Tel. 0203/379-8124, khadijeh.mohri@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • Ehemaliger Bundeswirtschaftsminister im NETZ

    2nd December 2016, Besuch von Evonik-Aufsichtsratsvorsitzendem Dr. Werner Müller


    Galina Marzun aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski erklärt Dr. Werner Müller (ganz rechts, mit Brille) das Prinzip der Laserablation.

    Energiewende, Ewigkeitslasten: Wie lassen sich die ökonomischen und industriellen Herausforderungen meistern? Darüber diskutierte der ehemalige Bundeswirtschaftsminister und jetzige Evonik-Aufsichtsratsvorsitzende Dr. Werner Müller am 1. Dezember mit Studierenden und Wissenschaftlern an der UDE. Anschließend besuchte er das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ).

    Von der Theorie zur Praxis: Wie kann die künftige Energieversorgung aussehen? Von den Ansätzen an der UDE konnte sich Dr. Werner Müller am Donnerstag im NETZ ein eigenes Bild machen. Er ließ sich die dreistöckige Nanopartikelsyntheseanlage erklären und verfolgte interessiert die Demonstration zur Laserablation von Nanopartikeln in Flüssigkeiten.

    Dr. Werner Müller (70) wurde in Essen geboren und absolvierte zunächst ein VWL-Studium an der Universität Mannheim, um anschließend Philosophie und Sprachwissenschaft (Linguistik) an den Universitäten Duisburg und Bremen zu studieren. 1978 promovierte Müller zum Dr. phil. Er war in zahlreichen führenden Positionen in Wirtschaft und Politik tätig, von 1998 bis 2002 zum Beispiel als Bundesminister für Wirtschaft und Technologie. Für die rot-grüne Bundesregierung verhandelte er mit der Industrie den Atomausstieg.

    2003 wechselte Müller auf den Vorstandsposten der Ruhrkohle AG (RAG). Er baute den Konzern rasch um und konzentrierte das Unternehmen mit damals rund 100.000 Mitarbeitern auf vier Kerngeschäftsfelder. Teile der RAG (Chemie, Energie und Immobilien) wurden in die Evonik Industries AG ausgegliedert. Ende 2008 schied Müller aus dem Vorstand der Evonik aus. Von 2005 bis 2010 leitete er den Aufsichtsrat der Deutschen Bahn AG. Seit 2012 ist Müller Vorsitzender des Vorstands der RAG-Stiftung sowie Aufsichtsratsvorsitzender der Evonik Industries AG und der RAG Aktiengesellschaft. 2015 verlieh ihm die UDE die Ehrendoktorwürde.

    Redaktion: Beate Kostka, 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • UDE: Folgenschwere Faltung verhindert

    28th November 2016, Forschung zu Ursachen von Alzheimer


    (c) CENIDE; AG Barcikowski

    Die Diagnose „Alzheimer“ geht einher mit der Angst vor dem Verlust der eigenen Persönlichkeit und des selbstbestimmten Lebens. Heutige Medikamente können lediglich den Verlauf verlangsamen und Symptome bekämpfen. Wissenschaftlern vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) gelang es jetzt, die Bildung bestimmter Eiweißstrukturen zu verhindern, die als Ursache für die Krankheit diskutiert werden.

    Noch ist nicht bekannt, was im Detail dafür sorgt, dass Alzheimer ausbricht – vermutlich eine Kombination mehrerer Faktoren. Ein Verdächtiger ist das Beta-Amyloid-Peptid, das auch im gesunden Körper vorkommt. Dieses Eiweiß faltet sich bei erkrankten Menschen zu bestimmten Strukturen zusammen, die sich nachfolgend als „senile Plaques“ im Hirn ablagern und seine Funktion massiv stören.

    Das Team um Evonik-Stipendiatin Carmen Streich vom Lehrstuhl für Technische Chemie I konnte nun verhindern, dass sich diese schädlichen Strukturen bilden – allerdings nur im Labor. Dazu haben sie winzige Nanopartikel (ein hunderttausendstel eines Millimeters) mit Molekülen versehen, die sich besonders gern am Beta-Amyloid-Peptid anlagern und so die folgenschwere Faltung verhindert.

    „Dies sind erste ermutigende Ergebnisse auf Molekülebene, die wir weiter untersuchen müssen“, erklärt Streich. Noch ist zum Beispiel unbekannt, welche weiteren Konsequenzen es haben könnte, das Beta-Amyloid-Peptid durch die angelagerten Nanopartikel komplett lahmzulegen. „Möglicherweise wird damit auch ein nützlicher Mechanismus unterbunden. Das weiß man noch nicht.“

    Dennoch: Diese Forschung bildet möglicherweise die Grundlage für einen ganz neuen Therapieansatz, der in den Krankheitsmechanismus selbst eingreifen könnte, anstatt nur Symptome zu lindern. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „ACS Nano“ veröffentlicht.

    Originalpublikation: C. Streich, L. Akkari, C. Decker, J. Bormann, C. Rehbock, A. Müller-Schiffmann, F. C. Niemeyer, L. Nagel-Steger, D. Willbold, B. Saccà, C. Korth, T. Schrader, and S. Barcikowski. Characterizing the Effect of Multivalent Conjugates Composed of Aβ-Specific Ligands and Metal Nanoparticles on Neurotoxic Fibrillar Aggregation. ACS Nano 2016 10 (8), 7582-7597 DOI: 10.1021/acsnano.6b02627

    Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Lehrstuhl für Technische Chemie I, Tel. 0201/183-3150, stephan.barcikowski@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Initiativkreis Ruhr und UA Ruhr schließen Kooperationsvereinbarung

    28th November 2016, Gemeinsam für ein erfolgreiches Ruhrgebiet


    v.l.: Dr. Thomas A. Lange, Co-Moderator des IK Ruhr, Prof. Dr. Axel Schölmerich, RUB, Prof. Dr. Ursula Gather, TU Dortmund, Professor Dr. Ulrich Radtke, UDE, und IK Ruhr-Moderator Bernd Tönjes (Foto: IR)

    Der Initiativkreis Ruhr und die drei großen Universitäten im Ruhrgebiet bauen ihre Zusammenarbeit deutlich aus: „Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam für ein erfolgreiches Ruhrgebiet“ lautet die Kooperationsvereinbarung, die der Initiativkreis Ruhr (IK Ruhr) und die drei Universitäten der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) am 26. November bei der Vollversammlung des Initiativkreises in Essen geschlossen haben. Zudem beschloss die Vollversammlung, die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen in ihren Kreis aufzunehmen.

    Prof. Dr. Axel Schölmerich, Rektor der Ruhr-Universität Bochum, Prof. Dr. Dr. h.c. Ursula Gather, Rektorin der Technischen Universität Dortmund, und Professor Dr. Ulrich Radtke, Rektor der Universität Duisburg-Essen, sind damit neue Persönliche Mitglieder im Initiativkreis Ruhr. Insgesamt sind nun 74 Unternehmen und Institutionen im IK Ruhr vertreten – so viele wie noch nie in der Geschichte des 1989 gegründeten Zusammenschlusses.

    „Den Akteuren im Ruhrgebiet wird häufig eine mangelnde Bereitschaft zur Zusammenarbeit unterstellt“, sagt IK Ruhr-Moderator Bernd Tönjes. „Insbesondere auf dem Feld der Bildung wird immer wieder die Forderung nach einer stärkeren Kooperation von Wirtschaft und Wissenschaft laut. Umso mehr freue ich mich, dass der IK Ruhr und die UA Ruhr einen engen Schulterschluss vollziehen. Er ist Beleg dafür, dass Wirtschaft und Wissenschaft eben nicht dem Denken in Kirch- und Elfenbeintürmen unterliegen.“

    Durch Kooperationen wie das Programm RuhrFellows haben die UA Ruhr und der IK Ruhr in der Vergangenheit bereits bewiesen, dass Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam das Profil des Ruhrgebiets erfolgreich stärken können“, so die UA Ruhr-Rektoren. „Wir wollen die Synergien nun ausweiten, sodass auch start up-Gründer und Hochschulabsolventen von der gebündelten Expertise profitieren.“

    „Der Beitritt der Ruhrgebietsuniversitäten zum stärksten regionalen Wirtschaftsbündnis in Deutschland ist mehr als ein symbolischer Schritt“, betont Tönjes, Vorstandsvorsitzender der RAG Aktiengesellschaft. „Unser gemeinsames Ziel ist es, dass aus diesem intensiven Austausch gute Ideen, neue Impulse und konkrete Projekte entstehen, von denen Wirtschaft, Wissenschaft und damit die gesamte Region profitieren.“

    Zusätzlich zu bestehenden Kooperationen – etwa im internationalen Stipendienprogramm RuhrFellows oder bei der Förderung junger Menschen bei den TalentTagen Ruhr – vereinbaren Initiativkreis und Universitätsallianz, die Vernetzung zwischen Wirtschaft und Wissenschaft mit weiteren gemeinsamen Aktivitäten und Projekten zu forcieren. Dazu bauen sie die Zusammenarbeit in drei zentralen Handlungsfeldern aus:

    1. Intensivierung des Knowhow- und Technologietransfers zwischen Wirtschaft und Wissenschaft über hochkarätige Dialogformate: Im Rahmen eines „CEO-Dialogs“ sollen regelmäßige Vortragsserien namhafter Unternehmensvertreterinnen und -vertreter an den Fakultäten der Universitäten den Wissensaustausch intensivieren.

    2. Ausbau sowie Förderung wissens- und technologiebasierter Gründungen: In branchenspezifischen Ideenlaboren werden Studierende sowie Vertreter der Universitäten und der Initiativkreis-Unternehmen in produktiver Werkstatt-Atmosphäre über Innovations-Ideen und -Bedarfe diskutieren. Darüber hinaus wollen die Partner eine Plattform für den Dialog von Professoren und Wirtschaftsvertretern etablieren. Dabei sollen unter anderem konvergierende Forschungsinteressen, Innovationspotenziale oder Gründungsideen diskutiert und im Idealfall in konkrete Projekte umgesetzt werden.

    3. Austausch zwischen jungen Führungskräften der Wirtschaft sowie jungen Wissenschaftlern in der Global Young Faculty, einem gemeinsamen Programm des Mercator Research Center Ruhr, der Stiftung Mercator und der Universitätsallianz Ruhr. Hier treffen sich herausragende, engagierte Nachwuchswissenschaftler des Ruhrgebiets, um gemeinsam an interdisziplinären Themen zu arbeiten. Die Global Young Faculty wird um junge Führungskräfte aus dem Kreis der Ruhr-Wirtschaft erweitert.

    Weitere Informationen: http://www.i-r.de, http://www.uaruhr.de

    Der Initiativkreis Ruhr ist ein Zusammenschluss von rund 70 führenden Wirtschaftsunternehmen und Institutionen. Sie beschäftigen zusammen etwa 2,25 Mio. Menschen weltweit und generieren einen globalen Umsatz von rund 630 Mrd. Euro. Ziel ist es, die Entwicklung des Ruhrgebiets voranzutreiben und seine Zukunfts- und Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.

    Unter dem Motto „Gemeinsam besser“ haben sich die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen zur Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr, vormals UAMR) zusammengeschlossen. Seit 2007 bündeln die drei großen Ruhrgebietsuniversitäten ihre Kompetenzen und stärken damit ihre Leistungskraft.

  • Neuer Sonderforschungsbereich MARIE

    21st November 2016, Mobil Gefahrenbereiche erkennen


    (c) fotolia

    Einer von 14 neuen Sonderforschungsbereichen, die die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) zum Jahresbeginn einrichten wird, kommt an die Universität Duisburg-Essen (UDE). Rektor Prof. Dr. Ulrich Radtke: „Dies ist ein großartiger Erfolg im engen Schulterschluss mit der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) und ihrem Profilschwerpunkt Materials Chain.“

    Wenn die Star Trek-Crew neue Planeten erkundet, ist der Tricorder unverzichtbar. Der kleine mobile Materialdetektor zeigt an, woraus ein unbekannter Gegenstand besteht oder eine Lebensform zu retten ist. Dieses Science Fiction-Werkzeug könnte mit dem neuen SFB/Transregio MARIE („Mobile Material-Charakterisierung und -Ortung durch Elektromagnetische Abtastung“) bald Wirklichkeit werden. Die Vision ist, die Grundlagen für einen mobilen kompakten Materialdetektor mit integrierter Sub-Millimeterwellen-Elektronik zu erforschen.

    SFB-Sprecher Prof. Dr. Thomas Kaiser: „Die heute üblichen Materialdetektoren sind meist sehr groß und unbeweglich. Wir möchten sie deutlich verkleinern, damit man mit ihnen auch kleine und schwer zugängliche Bereiche erkunden kann. Werden sie dann mobil eingesetzt, sind auch 3D-Materialkarten möglich.“ Dann können zum Beispiel rasch bewusstlose Personen in verrauchten, brennenden Gebäuden gefunden oder Roboter bei der häuslichen Pflege unterstützt werden.

    Der hochsensible Mini-Detektor wird die Materialeigenschaften nahezu beliebiger Objekte bestimmen können, selbst wenn diese hinter einer Wand verborgen liegen. So können auch Menschen in kontaminierten Räumen oder schmorende Kabel innerhalb von Wänden aufgespürt werden. Das setzt voraus, dass der Detektor sehr hohe Frequenzen bis in den Terahertzbereich (eine Billion Zyklen pro Sekunde) abdecken muss, um eine solch komplexe Umgebung präzise orten und charakterisieren zu können.

    Die bislang nur eingeschränkt nutzbare Terahertz (THz)-Technologie spielt im UA Ruhr-Profilschwerpunkt Materials Chain eine große Rolle. Denn die THz-Strahlung durchdringt viele Materialien wie Papier, Kunststoff oder organisches Gewebe, ohne sie zu zerstören oder zu verändern. Das macht sie für die Materialanalyse so interessant, z.B. um spezifische Stoffe zu identifizieren oder die Oberflächenbeschaffenheit zu untersuchen. Mit einem photonischen THz-Sensor lässt sich die dafür erforderliche Frequenzbandbreite erreichen.

    Der neue SFB ist eine Gemeinschaftsinitiative der UA-Ruhr-Universitäten Duisburg-Essen (UDE) und Bochum (RUB). Federführend sind Prof. Dr. Thomas Kaiser (Sprecher), Leiter des UDE-Fachgebiets für Digitale Signalverarbeitung und Prof. Dr. Ilona Rolfes, Leiterin des RUB-Lehrstuhls für Hochfrequenzsysteme. Beteiligt sind auch Wissenschaftler der Universität Wuppertal, der TU Darmstadt sowie der Fraunhofer-Institute für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR/Wachtberg) sowie für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS/Duisburg).

    Insgesamt richtet die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) 14 neue Sonderforschungsbereiche (SFB) ein. Sie werden mit insgesamt 117,4 Millionen Euro gefördert. Sieben davon sind SFB/Transregio, die sich auf mehrere antragstellende Forschungsstandorte verteilen. Alle neuen Sonderforschungsbereiche werden ab dem 1. Januar 2017 für zunächst vier Jahre gefördert.

    Weitere Informationen: http://www.dfg.de/service/presse/pressemitteilungen/2016/pressemitteilung_nr_51/index.html

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

  • Veröffentlichung zu magneto-optischer Funktion

    21st November 2016, Schalter aus nur einem Atom


    (c) CENIDE

    Ein einzelnes Dotieratom macht den Unterschied: Forschern vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es in Kooperation mit der National University in Seoul (Korea) gelungen, dessen Effekt im Experiment zu belegen. Dazu arbeiten sie mit Strukturen, die kleiner sind als ein millionstel Millimeter. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift ACS Nano.

    An – aus. Mit diesen zwei Zuständen speichern Rechner alle Daten vom Text bis zum Video. Ein ganzes Fachgebiet, die „Solotronics“, beschäftigt sich aktuell mit der Herausforderung, einzelne Atome als Schalter für verschiedene Funktionen zu verwenden.

    So auch Franziska Muckel aus der Arbeitsgruppe von Prof. Gerd Bacher: Aus nur 26 Atomen bestehen die winzigen Strukturen, mit denen sie arbeitet. Je 13 Cadmium- und Selenatome bilden zusammen ein Cluster, das kleiner ist als ein Nanometer. Tauscht die 29-Jährige darin ein einzelnes Atom gegen ein magnetisches Pendant aus, so kann sie die Struktur gezielt beeinflussen: Legt sie ein Magnetfeld an, ändert sich die Lichtabsorption. Was hier abstrakt klingt, könnte jedoch die künftige Informationsverarbeitung nicht nur kompakter, sondern auch deutlich energieeffizienter machen. Der Effekt funktioniert sogar bei Raumtemperatur und ist damit auch für den alltäglichen Einsatz außerhalb strikter Laborbedingungen geeignet.

    Dass die Wirkung tatsächlich auf nur ein Atom zurückzuführen ist, konnte Muckel in Konzentrationsreihen nachweisen: Strukturen ohne Fremdatom zeigten keinerlei Reaktion auf das Magnetfeld, bei gleich zwei Dotieratomen hob sich deren Wirkung gegenseitig auf.

    Bevor die Cluster aber tatsächlich helfen, unsere Urlaubsfotos zu speichern, ist noch ein langer Weg zu gehen: „Noch können wir die Strukturen nicht einzeln präparieren und messen – daran arbeiten wir als nächstes.“

    Bild: Schema eines undotierten sowie eines einfach dotierten Clusters. Quelle: Prof. Hyeon, National University in Seoul (Korea)

    Originalpublikation: F. Muckel, J. Yang, S. Lorenz, W. Baek, H. Chang, T. Hyeon, G. Bacher, and R. Fainblat. Digital Doping in Magic-Sized CdSe Clusters. ACS Nano 2016 10 (7), 7135-7141 DOI: 10.1021/acsnano.6b03348

    Weitere Informationen: Franziska Muckel, Werkstoffe der Elektrotechnik, 0203 379-3191, franziska.muckel@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • 3. RUHR-Symposium mit Bundesumweltministerin

    27th October 2016, Schlüsselkomponente Batterie


    (c) CENIDE

    Mindestens eine Million Elektrofahrzeuge bis zum Jahr 2020, lautet die festgelegte Zielgerade der Bundesregierung. Rund 156.000 Elektroautos sind gemäß Kraftfahrt-Bundesamt derzeit auf deutschen Straßen unterwegs. Der elektrische Energiespeicher ist ein entscheidender Faktor für die Frage, ob sich das E-Auto am Markt durchsetzt. Was muss aus industrieller und wissenschaftlicher Sicht getan werden, um nicht den Anschluss zu verlieren? Funktionale Materialien für Batterien standen daher im Mittelpunkt des 3. RUHR-Symposiums am 27. Oktober an der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Die Reichweite erhöhen, Ladezeiten verringern, Kosten senken – für einen Siegeszug der Elektrofahrzeuge sind noch einige Baustellen zu meistern. Welche Material- und Systementwicklungen werden erwartet? Was können Lithium-Ionen-Batterien leisten und was nicht? Und wie weit ist die Elektromobilität in Deutschland? Zahlreiche Expertinnen und Experten aus Industrie und Wissenschaft diskutierten u. a. über Festkörperbatterien, Nano-Elektrodenmaterialien und Flottenversuche mit E-Autos. Zu den Hauptrednern gehörten Bundesumweltministerin Dr. Barbara Hendricks, Prof. Dr. Thomas Weber, Vorstandsmitglied der Daimler AG, sowie Prof. Dr. Olivier Guillon, Direktor des Instituts für Energie-und Klimaforschung im Forschungszentrum Jülich.

    „Wir brauchen ein Verständnis für die gesamte Wertschöpfungskette“, appellierte Weber. Bei der Arbeit an einzelnen Fragestellungen sei es wichtig, an das Gesamtsystem zu denken. Welchen bedeutsamen Beitrag die Wissenschaft dabei leisten kann, um das Potential von Batterien zu verbessern, erläuterte Prof. Dr. Christof Schulz vom Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE). Das Ziel des Chemikers und dass seiner Kollegen im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) sei es, Gewicht, Größe, Ladezeiten und Kosten von Lithium-Ionen-Batterien durch neue Materialien zu reduzieren und gleichzeitig die Speicherkapazität im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien erheblich zu steigern. Verlustreiche Transportwege können durch kleine (nano)Strukturen reduziert werden. Hilfreich ist dabei das gut verfügbare und für Mensch und Umwelt unbedenkliche Silizium – in nanokristalliner Form oder in Silizium-Kohlenstoff-Kompositen. Angestrebt wird eine Marktreife für langzeitstabile Anodenmaterialien mit einer Speicherdichte von mehr als 1.200 mAh/g, die vielfältige Anwendungen in der Energiespeicherung und in Elektroantrieben ermöglichen.

    Den begeisterten Teilnehmerinnen und Teilnehmern bot sich am Campus Duisburg zusätzlich die Gelegenheit, im NETZ die Labore für Batterieforschung und das Mikroskopiezentrum sowie das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik zu besichtigen.

    Impressionen der Veranstaltung finden Sie hier: https://www.uni-due.de/cenide/3_ruhr_symposium_bilder.php

    Redaktion: Steffi Nickol, steffi.nickol@uni-due.de, 0203/ 379–8177, www.cenide.de

  • Neues Licht dank Nanostrukturen

    25th October 2016, CENIDE - Forscher*innen konnten erstmals die Farbe gezielt verändern und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit von LECs steigern


    Die obere Reihe zeigt fertiggestellte Bauelemente unter UV-Beleuchtung im Vergleich: eine LED mit Quantenpunkten, Frohleiks Neuentwicklung (QLEC) und eine LEC ohne Quantenpunkte (v.l.n.r.). Die Bilder darunter zeigen von links nach rechts die Entwicklung der Lichtfarbe der QLEC mit zunehmender Spannung.

    Künftig sollen sie das Innere der Handtasche erhellen oder abendliche Jogger aus dem Dunklen hervorheben: Lichtemittierende elektrochemische Zellen, LECs, bieten gegenüber den bekannten LEDs viele Vorteile, aber noch hapert es – ja, am rechten Licht. Bisher sind nur gelb leuchtende LECs geeignet für den realistischen Einsatz. Für neutraleres Licht braucht man aber mindestens eine weitere Lichtfarbe. Forscher vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) konnten nun erstmals die Farbe gezielt verändern und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der LECs steigern.

    Ihre „älteren Brüder“, die LEDs, sind mittlerweile allgemein bekannt und verbreitet. Sie sind extrem hell und effizient, aber ihre Herstellung im Hochvakuum ist teuer, sie sind nicht flexibel und ihr Leuchtbereich ist recht scharf begrenzt. Von LECs dagegen gibt es bereits erste Prototypen, die sich unter normalen Raumbedingungen direkt auf einen Untergrund drucken lassen. Sie sind zudem biegsam und haben ein breites Lichtspektrum, das Designer aller Branchen verlockt: Von im Dunkeln leuchtender Kleidung ist die Rede, von schimmernden Tapeten und von Head-up-Technologie, die in der Windschutzscheibe die richtige Fahrtroute anzeigt. So weit die Theorie.

    Julia Frohleiks, Doktorandin in der Nachwuchsgruppe von Dr. Ekaterina Nannen, ist der Theorie nun auch praktisch einen Schritt nähergekommen: Ihre Idee beruht auf Halbleiter-Quantenpunkten, winzigen Strukturen, in denen ganz eigene physikalische Gesetze herrschen. Frohleiks setzte auf die klassische Schicht aus metallorganischen Molekülen eine weitere Lage aus nur 5 Nanometer großen Quantenpunkten, die aus den Laboren der Bilkent University in Ankara (Türkei) stammen. Bei geringer Spannung leuchtet die etwa 1,5 x 1,5 cm große LEC tatsächlich rot. Die Quantenpunkte haben aber noch einen zusätzlichen Effekt: Das Hybridelement leuchtet sofort nach Anlegen der Spannung und erreicht die höchste Intensität nach fünf Minuten. Eine Referenz-LEC ohne Quantenpunkte braucht hingegen bei gleicher Spannung schon fünf Minuten bis zum ersten schwachen Leuchten, das Maximum erreicht sie erst nach einer Stunde.

    Allerdings geht die Lichtfarbe des Prototyps wieder ins Gelbe über, wenn die Spannung erhöht wird. „Das ist definitiv noch ein Effekt, an dem wir arbeiten müssen“, so Frohleiks. Als nächste Herausforderung stehen weiße LECS auf ihrem Programm, die sie mit blauen Quantenpunkten erreichen will.

    Die Nachwuchsgruppe wird gefördert von der Osram Licht AG.

    Originalpublikation: Frohleiks, S. Wepfer, Y. Kelestemur, H. V. Demir, G. Bacher, and E. Nannen. Quantum Dot/Light-Emitting Electrochemical Cell Hybrid Device and Mechanism of Its Operation. ACS Applied Materials & Interfaces 2016 8 (37), 24692-24698 DOI: 10.1021/acsami.6b06833

    Weitere Informationen: Julia Frohleiks, 0203 379-8024, julia.frohleiks@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Kleine Strukturen auf großer Leinwand

    25th October 2016, Nano Arts-Ausstellung in der Unibibliothek Essen


    (c) CENIDE

    Der Nanodrache spuckt Feuer, vermeintlicher Reis bildet einen filigranen Turm, eine winzige Christbaumkugel könnte einen 30 Mikrometer großen Tannenbaum schmücken: Ab heute bis zum 4.12. entführt die Ausstellung „Nano Arts“ des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) im Foyer der Fachbibliothek GW/GSW am Campus Essen in die Wunderwelt des Nanokosmos.

    Alle Bilder der Ausstellung stammen aus den CENIDE-Laboren an der Universität Duisburg-Essen. Doch wo im Forschungsalltag Aufbau und Funktion der Strukturen im Mittelpunkt stehen, zeigt „Nano Arts“ die Ästhetik hinter der Technologie: Die Bilder aus dem Bereich des Millionstel Millimeters bieten ein Kaleidoskop von Texturen und Muster, geordneten Strukturen und Chaos, Bergen und Tälern. Schnell meint das menschliche Auge bekannte Strukturen in dieser unbekannten Dimension zu entdecken. So eröffnen die Bilder ganz neue Blickwinkel auf eine Technologie, die im Kleinen Großes leistet.

    Die Ausstellung ist zu den gewohnten Öffnungszeiten der Bibliothek kostenfrei zu besichtigen.

    Weitere Informationen: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Hochleistungslaser zum Anfassen

    24th October 2016, Laborführungen am 4.11. und 2.12. an der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen (UDE)


    Foto: René Göke

    Hier blitzt es gewaltig und ultraschnell, ganz ohne Punkte in Flensburg: Exklusive Einblicke in das Laserlabor des neuen Sonderforschungsbereichs 1242 bietet die Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen (UDE) am 4. November und 2. Dezember (17 Uhr, Treffpunkt am Eingang des MG-Gebäudes am Campus Duisburg). Der Eintritt ist frei, aber man muss sich anmelden, weil die Teilnehmerzahl begrenzt ist.

    Eine neue Lasertechnologie aus verschiedenen Komponenten aufzubauen und in Betrieb zu nehmen, ist eine echte Herausforderung, denn neue spektroskopische Verfahren brauchen Technik nach Maß. Zwei Laborführungen bieten nun allen Neugierigen und Interessierten spannende Einblicke in die Spitzenforschung, in der es um ultraschnelle Prozesse geht. Doch: Wie kommt das Laserlicht überhaupt um die Ecke? Warum wird es umgewandelt? Und wie geht das noch gleich mit dem Laserschneiden?

    Thematisch geht es im neuen SFB 1242 um „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne“. Feste Materie enthält bekanntlich Atome und Elektronen, die sich anregen und in einen Zustand höherer Energie überführen lassen, zum Beispiel durch Laser. Um ein materialübergreifendes, mikroskopisches Verständnis solcher Nichtgleichgewichtszustände zu erarbeiten, bündelt der SFB wissenschaftliche Aktivitäten aus der Physik, Chemie und den Nanowissenschaften.

    So könnten vollständig neue Materialeigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten entstehen, zum Beispiel mit Blick auf Silizium-Wafer in der Solartechnik oder auch Isolatoren in elektrischen Geräten.

    Weitere Informationen und Anmeldung: Steffi Nickol, 0203 379 – 8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Professor Hartmaier elected as next chairman of Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM)

    10th October 2016, Materials Chain Researcher heads German Society for Materials Science and Engineering


    Alexander Hartmaier. © RUB, Marquard

    Professor Alexander Hartmaier, ICAMS and Faculty of Mechanical Engineering at Ruhr-Universität Bochum, and active member of the Materials Chain was elected as the next Chairman of the Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM) (English: German Society for Materials Science and Engineering) at the annual general meeting on 26 September 2016. His term of office begins on 1 January 2017 and lasts for two years. The DGM is the largest technical-scientific society in materials science and engineering in Europe. Since its foundation in 1919, it has bundled the competencies within the field of materials science and engineering as ambassador of its members from academia and industry – and as a warrantor for the successful advancement of the field.

  • Nanogold aus dem Laserlabor

    30th September 2016, WissensNacht Ruhr im NanoEnergieTechnikZentrum


    (c) CENIDE

    „Die Gurke leuchtet ja!“ Den etwa Zehnjährigen hält es kaum auf seinem Stuhl in der ersten Reihe: Die Experimentiershow von Dr. Nicolas Wöhrl ist definitiv eines der Highlights an diesem Freitagabend im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) der Universität Duisburg-Essen. Wissenschaft für jedermann steht auf dem Programm bei der WissensNacht Ruhr, und so recken Kinder und Erwachsene gleichermaßen die Hälse, wenn Wöhrl die Gewürzgurke unter Strom setzt, flüssigen Stickstoff aus der Box wabern lässt und mit Bärlappsporen Feuer spuckt.

    Am Campus Duisburg haben das NETZ und die Fakultät für Physik die Türen ihrer Labore geöffnet und laden die Besucher ein, hinter die Fassaden von Keksdosen & Co. zu sehen: Die Besucher lassen sich die dreistöckige Syntheseanlage für Nanopartikel erklären, basteln eigene Hologramme, sehen im Laserlabor, wie Nanogold hergestellt wird und staunen über Plasmaanlagen, in denen Diamanten entstehen. Apropos: Im Spektroskopielabor können die Besucher ihre eigenen Klunker auf Echtheit überprüfen. Und hier bahnt sich ein Drama an: „Da schläft wohl heute jemand auf der Couch“, funkelt die Dame ihren Begleiter an, nachdem die Analyse ihres Diamantringes zunächst nicht so eindeutig verläuft, wie offenbar erwartet. Aber eine zweite Messung ergibt Klarheit: Alles ist echt, der Frieden wiederhergestellt.

    Selbst schwierig zu vermittelnde Inhalte aus der Grundlagenforschung sind heute Abend anschaulich dargestellt: Der neue Sonderforschungsbereich in der Physik beschäftigt sich mit Phänomenen in extrem schnellen Prozessen. Verdeutlicht wird dies an der Säule mit schwebendem Wasser, um die sich eine Menschentraube gebildet hat. Alle rätseln, wie es sein kann, dass die Tropfen schweben. Die Lösung ist eine optische Täuschung, bei der ein simpler Wasserstrahl rasend schnell abwechselnd beleuchtet und im Dunkeln belassen wird. So entstehen im Hirn Bilder einzelner Tropfen.

    Im Alltag beschäftigen sich alle Arbeitsgruppen im NETZ mit der Erforschung und Entwicklung nanostrukturierter Materialien für die Energie von morgen. Dafür stehen im NETZ für 120 Wissenschaftler rund 4.000 m2 Fläche mit unter anderem 36 Laboren und einem einzigartigen Mikroskopiezentrum zur Verfügung.

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Präzise und hoch entwickelte Chips

    28th September 2016, UA Ruhr: Neue Plasmaanlage von Bochum nach Duisburg gebracht


    UDE-Techniker Jose Luis Fernández Estévez (l.) und Reimund Tilders (r.) bei der Installation der RUB-Anlage im ZHO. Foto: UDE

    PICs sind wahre Alleskönner: Die Photonisch Integrierten Chips bringen die Kommunikationstechnik ebenso voran wie die Radar-, Sensor- und Messtechnik. Und auch bei den bildgebenden Verfahren in der Medizin sind sie gefragt. Selbstredend, dass sich die Forschung für sie interessiert. Die vielseitigen Mikrochips entstehen in einem Forschungsprojekt der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Dafür wurde jetzt eine neue Plasmaanlage von Bochum nach Duisburg gebracht.

    Zwei UA Ruhr-Hochschulen – die Universität Duisburg-Essen (UDE) und die Ruhr-Universität Bochum (RUB) – bündeln hier ihre Expertise. Sie stellen künftig Silizium-Photonik-Chips her. Die Kosten für den Transfer der rund 300.000 Euro teuren RUB-Anlage nach Duisburg haben sie gemeinsam gestemmt. Von der Deutschen Forschungsgemeinschaft wurde die Anschaffung des Großgeräts gefördert.

    Die neue Plasmaanlage steht nun im Reinraum des Duisburger Zentrums für Halbleitertechnologie und Optoelektronik. Da sie mit bis zu sieben verschiedenen Gasen betrieben werden kann, lassen sich damit unterschiedliche Materialien bearbeiten – zum Beispiel Siliziumoxid und Siliziumnitrid aber auch Galliumarsenid und Indiumphosphid. Sie wird hauptsächlich zu Forschungszwecken genutzt, aber auch für vorkommerzielle Produkte, das heißt für funktionsfähige Prototypen.

    „Wir konzentrieren unsere technologischen Ressourcen in den Materialwissenschaften und stärken damit den Wissenschaftsraum Ruhr“, sagen die Photonik-Forscher Prof. Dr. Andreas Stöhr und Prof. Dr. Martin Hofmann. Die hoch entwickelten Produkte können kleine und mittlere Unternehmen später zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten einsetzen. Denn die Wissenschaftler geben ihr Know-how weiter, was die Herstellungskosten senkt und neue Anwendungsfelder für PICs erschließt, z.B. für hochauflösende miniaturisierte Radarsysteme oder zur spektroskopischen Identifizierung von Materialien.

    Universitätsallianz Ruhr Seit 2007 arbeiten die drei Ruhrgebietsuniversitäten unter dem Dach der UA Ruhr strategisch eng zusammen. Durch Bündelung der Kräfte werden die Leistungen der Partneruniversitäten systematisch ausgebaut. Unter dem Motto „gemeinsam besser“ gibt es inzwischen über 100 Kooperationen in Forschung, Lehre und Verwaltung. Mit mehr als 115.000 Studierenden und nahezu 1.300 Professor/innen gehört die UA Ruhr zu den größten und leistungsstärksten Wissenschaftsstandorten Deutschlands.

    Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Andreas Stöhr, Optoelektronik, Zentrum für Halbleitertechnologie und Optoelektronik, UDE, Tel. 0203/379-2825, -2340, andreas.stoehr@uni-due.de Prof. Dr. Martin Hofmann, Photonik und Terahertztechnologie, RUB, Tel. 0234/32-22259, martin.hofmann@rub.de

  • WissensNacht Ruhr

    21st September 2016, Das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) öffnet seine Türen!


    (c) Regionalverband Ruhr
    Hier geht die Post ab: Mit gleich vier Veranstaltungsorten beteiligt sich die Universität Duisburg-Essen (UDE) an der WissensNacht Ruhr am 30. September. Dann verwandelt sich das Ruhrgebiet von 16 bis 22 Uhr in ein riesiges Forschungslabor. Die UDE präsentiert sich u. a. am Campus Duisburg mit spannenden Angeboten des Nanoenergietechnikzentrums NETZ und der Fakultät für Physik. Völlig losgelöst von der Erde: Auf dem Programm stehen spektakuläre Laborbesuche, u. a. mit Schwerelosigkeit, und man darf durch hochauflösende Spezialmikroskope blicken. Es gibt ungewöhnliche Foto- und Filmvorführungen, spannende Vorträge, eine Science-Show oder auch Mitmach-Experimente, beispielsweise zu 3-D-Bildern. Veranstaltungsorte sind am Campus Duisburg neben dem NETZ (Carl-Benz-Str. 199) sowie der Fakultät für Physik (Gebäude MC/MD im Rundbautenbereich an der Mülheimer Straße) auch das Lehr- und Lernzentrum der Medizinischen Fakultät am Universitätsklinikum Essen (Virchowstraße 163a) sowie das Hahn-Institut (Zeche Zollverein, Kokereiallee 7, Gebäude C84). Weitere Informationen: https://www.wissensnacht.ruhr Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de Steffi Nickol, Tel. 0203/379-8177, steffi.nickol@uni-due.de
  • Schlüsselkomponente Batterie

    21st September 2016, UDE: 3. RUHR-Symposium mit Daimler-Entwicklungsvorstand


    (C) UDE
    Der elektrische Energiespeicher ist ein entscheidender Faktor für die Frage, ob sich das E-Auto am Markt durchsetzt. Funktionale Materialien für Batterien stehen im Mittelpunkt des 3. RUHR-Symposiums am 27. Oktober an der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Erwartet werden zahlreiche Gäste aus Industrie und Wissenschaft, um wichtige Entwicklungen vom Material bis zur Anwendung zu diskutieren. Veranstalter sind das Center for Nanointegration (CENIDE) und das Center Automotive Research (CAR) der UDE. Zu den Hauptrednern gehören Prof. Dr. Thomas Weber, Vorstandsmitglied der Daimler AG, sowie Prof. Dr. Olivier Guillon, Direktor des Instituts für Energie-und Klimaforschung im Forschungszentrum Jülich.

    Es geht u. a. um Festkörperbatterien, Nano-Elektrodenmaterialien und Flottenversuche mit E-Autos. Welche Material- und Systementwicklungen werden erwartet? Was können Lithium-Ionen-Batterien leisten und was nicht? Wie weit ist die Elektromobilität in Deutschland? Darüber diskutieren u. a. Experten von BMW, Umicore und dem Bundesumweltministerium. Interessierte haben zusätzlich Gelegenheit, sich die Labore für Batterieforschung und das Mikroskopiezentrum im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) anzusehen.

    Weitere Informationen und Anmeldung: www.ruhr-symposium.de Jan Wortberg, Tel. 0203/306 12 47, jan.wortberg@ds-automotive.de

    Redaktion: Steffi Nickol, Tel. 0203/379–8177, steffi.nickol@uni-due.de, www.cenide.de

    www.ruhr-symposium.de

  • Erfolgreiche Auftaktveranstaltung

    20th September 2016, Joint Symposium LNQE und CENIDE


    Gruppenfoto Joint Symposium (c) CENIDE/LNQE
    Um erfolgreich im Größenbereich von 1 bis 100 Nanometer zu forschen, müssen die Natur- und Ingenieurwissenschaften eng zusammenarbeiten. Zum überregionalen fachlichen Austausch rund um das Thema Nanotechnologie trafen sich daher kürzlich über 70 Teilnehmerinnen und Teilnehmer zum ersten gemeinsamen Symposium des Laboratorium für Nano- und Quantenengineering (LNQE) der Leibniz Universität Hannover und dem Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE). Eine Fortsetzung ist geplant. In zahlreichen Vorträgen am Campus Duisburg gaben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beider Nanotechnologie-Zentren einen Einblick in ihre aktuellen Forschungsschwerpunkte. Dass die Nanotechnologie sehr interdisziplinär ist, wurde dabei schnell deutlich: die Spanne der Vorträge reichte von heterogenen Katalysatoren, Quantentransport in Graphen, Magnetismus nanoskaliger Systeme bis hin zur Nanotechnologie im Maschinenbau, optischen Eigenschaften von Nanomaterialien, Nanosensoren, Plasmonischen Nanopartikeln für die Katalyse und Biomedizin sowie Nasschemische Synthese von Nanomaterialien. Abgerundet wurde das Programm durch eine Führung durch den Forschungsbau NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ), wo insbesondere die umfangreichen analytischen Methoden des DFG-Gerätezentrums Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) gezeigt wurden. Bilder zur Veranstaltung finden Sie hier. Weitere Informationen: Dr. Tobias Teckentrup, CENIDE, 0203/ 379-8178, tobias.teckentrup@uni-due.de Dr. Fritz Schulze Wischeler, LNQE, 0511/ 762-16014, Schulze-Wischeler@LNQE.uni-hannover.de Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de
  • Improved thermoelectric performance based on pn junctions

    12th September 2016, Collaboration with O-Flexx Technologies GmbH


    (c) O-Flexx Technologies GmbH

    Prof. Roland Schmechel from the University of Duisburg-Essen presented his current studies of thermoelectric generators based on pn junctions at the Thermoelectric Congress 2016 in Cologne, hosted by DLR, German Aerospace Center. Prof. Schmechel and his staff members produced test objects of nano-structured silicon which interlink both doped materials to pn junctions.

    He successfully achieved to verify that a thermoelectric generator made up on pn junction works more efficiently than an ordinary thermoelectric generator made of the same material. Reason for that is the improved thermal coupling on the hot side of the generator. Prof. Schmechel assumes an additional resource of charge carrier within the pn junction that could intensify the given effect. A publication on his studies is under preparation.

    Schmechel’s studies are based on the publications from 2006 by Dr. Gerhard Span, CTO at O-Flexx Technologies. The pn junctions within the scope of thermoelectric applications are protected by patents and commercially exploited by O-Flexx Technologies. Pn junction offers an additional benefit regarding high temperature applications:
the metallization of the hot side can be avoided and thus result in the required cycle stability, essential in practice such as the exhaust section of a vehicle.

    O-Flexx are currently working on the next generation of integrated pn junctions. This generation will strongly improve the benefits of a direct coupling of the active material with an exhaust gas stream – free of metallization on the hot side. Further testing of samples will be made in the next couple of months and measurements will be taken at lead customers.

    It has already been for 7 years that O-Flexx Technologies jointly work together with Prof. Schmechel and the University of Duisburg-Essen. Prof. Schmechel’s institute of Technology for Nanostructures is engaged in the synthesis, deposition and electronic application of nanostructured materials. Prof. Schmechel also deals with the specific electrical, thermic and optical attributes of nanoparticles attempting to make them useful for particular electronic devices.

    O-Flexx Technologies produce thermoelectric generators and are headquarted in Duisburg. As a development partner of global players O-Flexx develops customized solutions for Power Generation, Energy Harvesting and Thermal Management. O- Flexx have been highly recognized for the innovative thin layer approach in thermoelectric applications.

    Further Information: Prof. Dr. Roland Schmechel, 0203 379-3347, www.uni-due.de/nst O-Flexx Technologies GmbH, 0203 3635612-0, www.o-flexx.com

    Editor: O-Flexx Technologies GmbH

  • Mehr Speed für Speicherchips & Co.

    8th September 2016, Humboldt-Stipendiatin in der Experimentalphysik der UDE


    (c) privat

    Ultraschnell speichern mit Laser und neuen Materialien für die Computerbranche – diese Ziele hat Dr. Ljupka Stojčevska Malbašić langfristig im Blick. Derzeit leistet sie noch Vorarbeiten und erforscht, wie Laserstrahlen eingesetzte Materialien beeinflussen können. Die Postdoktorandin ist zu Gast bei Prof. Dr. Uwe Bovensiepen an der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen (UDE) und wird über ein Humboldt-Forschungsstipendium finanziert.

    Für die Bestrahlung setzt Malbašić einen starken Laser ein (strong laser pulse illumination) und bestimmt, wie sich etwa die elektrischen und optischen Eigenschaften der Körper ändern. Die 31-Jährige studierte Physik und Mathematik an der Universität Skopje und hatte Laserfragen bereits 2013 in ihrer ausgezeichneten Doktorarbeit diskutiert.

    Für ihren Forschungs-Aufenthalt hat sich die junge Wissenschaftlerin, die am Jozef Stefan-Institut im slowenischen Ljubljana arbeitet, bewusst für die UDE entschieden. In der Arbeitsgruppe von Professor Bovensiepen findet sie die für ihre Fragestellung erforderlichen Experimentalbedingungen im Bereich der sogenannten Femtosekunden-Photoemissionsspektroskopie vor.

    Weitere Informationen: Dr. Ljupka Stojčevska Malbašić, Fakultät für Physik, Tel. 0203/379-4568, ljupka.stojcevska-malbasic@uni-due.de Prof. Dr. Uwe Bovensiepen, Experimentalphysik, Tel. 0203/379-4533, uwe.bovensiepen@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • UDE: Förderung für den Nachwuchs

    7th September 2016, Fakultät für Chemie


    (c) UDE, Fakultät für Chemie

    Drei Nachwuchwissenschaftler aus der Organischen Chemie haben erfolgreich Fördermittel für Ihre Forschung eingeworben.

    Sowohl Jun.-Prof. Michael Giese als auch Dr. Jochen Niemeyer waren mit ihren Anträgen für eine Anschubförderung des Mercator Research Center Ruhr (http://www.mercur-research.de/) erfolgreich. Dabei konnte Jun.-Prof. Michael Giese mit seinem Konzept zur modularen Herstellung neuer supramolekularer Flüssigkristalle überzeugen, während Dr. Jochen Niemeyer Fördermittel für ein Projekt zur Herstellung neuer DNA-basierter Photoredoxkatalysatoren einwerben konnte.

    Ebenfalls erfolgreich war Jun.-Prof. Jens Voskuhl, der mit seinem Projekt zur Entwicklung von supramolekularen Photosensibilisatoren eine Förderung im Rahmen des Young Scientists Program der German-Israeli Foundation for Scientific Research and Development (http://www.gif.org.il) einwerben konnte. Neben einem Forschungskostenzuschuss ermöglicht dieses Programm einen Besuch von Partnerinstituten in Israel, so dass enge wissenschaftliche Kontakte und Kooperationen zwischen deutschen und israelischen Forschern ermöglicht werden.

    https://www.uni-due.de/chemie/aktuelles_meldungen.shtml

  • NRW-Umweltminister besucht IUTA

    2nd September 2016, Rundgang durch die Labore


    (c) IUTA

    Johannes Remmel, Umweltminister von Nordrhein-Westfalen, besuchte am Freitag, den 2. September das Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) in Duisburg-Rheinhausen. Im Mittelpunkt des Gesprächs standen aktuelle Forschungsarbeiten im Bereich der Mikroschadstoffe, der Toxin-Analytik, der Filtration und der Abscheidung von Quecksilber aus Abgasen.

    Bei einem Rundgang durch die Labore und Technikumshallen des Instituts konnte sich der Minister einen Überblick über die Versuchseinrichtungen des IUTA verschaffen. Unter anderem ließ er sich ein neues Analysengerät zur Bestimmung von hormonell aktiven Substanzen erlklären. Diese Stoffe finden insbesondere aufgrund der von der EU-Kommission vorgeschlagenen sehr strengen Umweltqualitätsnormen zurzeit große Aufmerksamkeit, z. B. im Bereich der Wasseraufbereitung oder in Spielzeug und Babyartikeln. IUTA setzt sowohl im Rahmen der wirkungsbezogenen Analytik als auch der instrumentellen Bestimmung von Hormonen deutschlandweit die sensitivsten Methoden und Geräte ein.

    Das IUTA ist ein verfahrenstechnisches Forschungsinstitut im Bereich der Energie- und Umwelttechnik. Die ca. 130 Mitarbeiter arbeiten hauptsächlich an anwendungsorientierten FuE-Projekten in Kooperation mit aktuell über 500 Industrie-Partnern und erzielten 2015 einen Umsatz von 9,3 Mio. €. Ziel der Arbeiten ist sowohl der Transfer von neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und Methoden in industrielle Prozesse, Verfahren und Produkte als auch die Lösung von Problemen im industriellen Bereich durch Rückgriff auf wissenschaftliche Erkenntnisse und Methoden. Das Institut ist Mitglied der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft.

    Redaktion: IUTA e.V.

  • Ausgezeichneter Nachwuchs im NETZ

    31st August 2016, Outstanding Poster Award


    Für Ihren Beitrag „CuInS2 Quantum Dots for Applications in Large-Area White QD-LEDs“ hat Svenja Wepfer einen „Outstanding Poster Award“ verliehen bekommen. Der Preis wurde vergeben auf der 9th International Conference on Quantum Dots in Korea.

    Wepfer forscht im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) als Doktorandin in der Nachwuchsforschungsgruppe "Solid State Lighting" unter der Leitung von Dr. Ekaterina Nannen an quantendotbasierten Lichtemittern für großflächige Beleuchtung.

    Weitere Informationen: Svenja Wepfer, 0203 379-8025, svenja.wepfer@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Alexander Hartmaier becomes Visiting Professor at Harbin Institute of Technology

    19th August 2016, Materials Chain Researcher joins Chang Jiang Scholar Program


    Professor Tao Sun, the director of the Center for Precision Engineering of Harbin Institute of Technology (HIT), awards the certificate as Visiting Professor of the Chang Jiang Scholar Program to Professor Alexander Hartmaier (July 2016).

    Alexander Hartmaier, Professor of Mechanics of Materials at Ruhr-Universität Bochum / Germany and Director at the Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS), was recently appointed to a Visiting Professor of the Chang Jiang Scholar Program at the Harbin Institute of Technology (HIT), in recognition of his outstanding research achievements in multiscale material modeling. The tenure of the guest professorship will last from March 2016 to February 2019. During this time Professor Hartmaier will cooperate with Professor Tao Sun and Professor Junjie Zhang of the Center for Precision Engineering to lead a research group on “Material-oriented modeling of ultra-precision machining”, and will also hold annual compact courses for undergraduate and postgraduate students at HIT. Furthermore, the award will help the Centre of Precision Engineering at HIT and ICAMS at Ruhr-Universität Bochum to intensify their scientific cooperation.

    The Chang Jiang Scholar Program, also known as Yangtze River Scholar Award, is issued by the Ministry of Education of the People’s Republic of China and it is considered to be one of the highest academic awards in China. The Chang Jiang Scholar Program was established in August 1998 to acknowledge special contributions made by Chinese scientists and international scholars in various research fields. To be considered for this award, international candidates must have achieved outstanding international recognition in their respective fields. The Chang Jiang Scholar Program is part of an ambitious program initiated by the Chinese government to rapidly develop and improve the quality of research conducted at major research universities in China by collaborating with eminent scientists throughout the world.

  • Blick durch die Labortür

    17th August 2016, Forschungsbericht der UDE 2015 – Sonderdruck Nanowissenschaften


    In Kürze erscheint der neue Forschungsbericht der Universität Duisburg-Essen (UDE). Die Sonderausgabe „Nanowissenschaften“ bietet schon jetzt Einblicke in die Highlights der letzten zwei Jahre.

    Mit Textilien nach Edelmetallen fischen, Nanopartikel nach Maß herstellen, LEDs optimieren – in den letzten zwei Jahren hat sich wieder viel getan in den Laboren der Forscher vom Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE). Und da wir nicht im sprichwörtlichen Elfenbeinturm sitzen, haben wir unsere Erkenntnisse zwar zu Papier gebracht, aber immer wieder auch erlebbar gemacht: Zum Beispiel während der WissensNacht Ruhr im NanoEnergieTechnikZentrum, auf Messen und Symposien sowie bei der Jubiläumsfeier „10 Jahre CENIDE“.

    Nachzulesen sind diese sowie weitere Höhepunkte unter https://www.uni-due.de/imperia/md/content/cenide/forschungsbericht2015.pdf. Printexemplare sind auf Anfrage erhältlich.

    Der Forschungsbericht der UDE informiert abwechselnd in einem Jahr über die Forschungsschwerpunkte und ausgewählte Institute, im folgenden Jahr über die Fakultäten.

    Weitere Informationen: Steffi Nickol, 0203 379 – 8177, steffi.nickol@uni-due.de

    Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/imperia/md/content/cenide/forschungsbericht2015.pdf

  • Veröffentlichungen zu Quantenpunkten und zum Auger-Effekt

    3rd August 2016, Wenn künstliche Atome leuchten


    Im Quantenpunkt (grauer Hügel) befindet sich ein Ladungspaar. Die Elektronen (blaue Punkte) tunneln aus dem darunter gelegenen Reservoir in den Quantenpunkt hinein oder verlassen ihn wieder. Die roten Pfeile stehen für Licht.

    Ist das Elektron drin, geht im künstlichen Atom das Licht aus: Die Physiker Annika Kurzmann und Dr. Martin Geller vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) konnten einzelne Elektronen dabei beobachten, wie sie blitzschnell in winzige Strukturen eindringen. Für ihre Erkenntnisse wurden sie mit gleich zwei Veröffentlichungen in den Fachmagazinen „Physical Review Letters“ und „Nano Letters“ sowie mit einer Auszeichnung belohnt. Auch moderne Fernseher könnten von den Ergebnissen profitieren.

    Die Strukturen, mit denen Annika Kurzmann arbeitet, sind nur etwa 20 x 20 x 3 Nanometer groß. Die winzigen Knübbelchen werden „Quantenpunkte“ genannt oder auch „künstliche Atome“, weil sie wie echte Atome verschiedene Energieniveaus für Elektronen besitzen. Mit einer speziellen Methode, der „Resonanten Fluoreszenz" konnte die 27-Jährige nun erstmals beobachten, wie ein einzelnes Elektron aus einem Reservoir in einen einzelnen Quantenpunkt hineingelangt – es „tunnelt“. Waren solche einzelnen Prozesse bisher nur elektrisch zu detektieren, ist das Beobachten nun wörtlich zu nehmen: „Der Quantenpunkt leuchtet bis zu dem Moment, da das Elektron hineintunnelt. Dann geht er aus.“ Dabei haben die Forscher festgestellt: Ist der Quantenpunkt zuvor leer, tunnelt das Teilchen schnell hinein. Ist dagegen schon ein Elektron in der Struktur enthalten, ist der Übergang langsamer. „Das ist wie im Bus“, erklärt sie schmunzelnd. „Sie setzen sich ja auch lieber in eine Bank, die noch nicht besetzt ist.“

    In einem Nachfolgeexperiment brachte Kurzmann ein Ladungspaar in einen Quantenpunkt ein, in dem sich bereits ein Elektron befand. Auch hier war es möglich, den Quantenpunkt zum Leuchten zu bringen. Jedoch geschah es manchmal, dass die Energie auf das zusätzliche Elektron übertragen wurde und dieses daraufhin aus dem Quantenpunkt schoss – das Leuchten nahm in diesem Fall ab. Diesen sogenannten Auger-Effekt haben Kurzmann und Geller erstmals für diese Art Materialien nachgewiesen. Sie konnten deutlich machen, dass der Effekt das Leuchten dann besonders stark unterdrückt, wenn das Elektron nur langsam tunnelt. Diese Erkenntnis ist besonders wichtig bei modernen Fernsehern, deren Pixel durch Quantenpunkte besonders kräftig leuchten sollen. Die Unterhaltungsindustrie ist daher auf Materialien angewiesen, in denen die Prozesse besonders schnell ablaufen, damit die Pixel nur kurze Zeit dunkel bleiben.

    Für das Poster zu ihren Erkenntnissen ist Kurzmann mit einem „Outstanding Poster Award“ der Quantenpunkttagung 2016 in Korea ausgezeichnet worden.

    Bildunterschrift Im Quantenpunkt (grauer Hügel) befindet sich ein Ladungspaar. Die Elektronen (blaue Punkte) tunneln aus dem darunter gelegenen Reservoir in den Quantenpunkt hinein oder verlassen ihn wieder. Die roten Pfeile stehen für Licht.

    Originalpublikationen: 1. A. Kurzmann, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Lorke, M. Geller: Optical Blocking of Electron Tunneling into a Single Self-Assembled Quantum Dot Physical Review Letters 2016 117, 017401 DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.017401 2. A. Kurzmann, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Lorke, M. Geller: Auger Recombination in Self-Assembled Quantum Dots: Quenching and Broadening of the Charged Exciton Transition Nano Letters 2016 16 (5), 3367-3372 DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01082

    Weitere Informationen: Annika Kurzmann, 0203 379-2867, annika.kurzmann@uni-due.de

    Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Nano-Forschung gegen Krebs

    1st August 2016, Humboldt-Stipendiatin bei Prof. Schmuck an der UDE


    Prof. Dr. Xiao-Yu Hu, Foto: privat

    Neue Strategien gegen Krebs finden – das möchte auch Prof. Dr. Xiao-Yu Hu von der Nanjing University. Mögliche Lösungen sucht die 35-jährige Chinesin auf der Nano-Ebene. Als Humboldt-Forschungsstipendiatin für erfahrene Wissenschaftler ist sie derzeit Gast bei Prof. Dr. Carsten Schmuck an der Fakultät für Chemie.

    Um neue Strategien gegen die Krankheit zu entwickeln, wird die Chemikerin untersuchen, wie sich Moleküle und Ionen zu übergeordneten (supramolekularen) Verbänden zusammenlagern. Solche Aggregate verfügen über Eigenschaften, die die einzelnen Teilchen nicht haben. Sie können z.B. als Transportkapseln dienen, um Krebsmedikamente zu Tumoren zu transportieren, und sie dort gezielt freisetzen. Die Stipendiatin möchte bis Ende 2017 solche neuartigen supramolekularen Transportsysteme entwickeln und ihre Eigenschaften in Zellexperimenten testen. Ihre Forschung wurde in ihrem Heimatland mehrfach ausgezeichnet.

    Dass Tumor-Forschung extrem wichtig ist, zeigen u.a. Statistiken des Robert-Koch-Institutes: Bei etwa 500.000 Menschen wird die Diagnose Krebs in Deutschland pro Jahr gestellt, er ist eine der häufigsten Krankheiten und zugleich zweithäufigste Todesursache.

    Weitere Informationen: Prof. Dr. Xiao-Yu Hu, Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren, Nanjing University, huxy@nju.edu.cn Prof. Dr. Carsten Schmuck, 0201/183-3097, carsten.schmuck@uni-due.de

    Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487

  • Teamwork at the Nano Scale

    28th July 2016, Cooperation with University of Waterloo


    (c) University of Waterloo

    It's about tiny structures for new materials, efficient energy technology and more specific therapies in medicine: The Center for Nanointegration (CENIDE) of the University of Duisburg-Essen (UDE), Germany, and the Waterloo Institute for Nanotechnology (WIN) at the University of Waterloo, Canada, explore the use of nanostructures in different areas of our lives. In future they wish to cooperate more.

    The research institutes have just signed a Memorandum of Understanding. The Canadians visit CENIDE as early as December. For next year, a joint workshop is planned in Canada. All in all, the two institutions have agreed not only upon enhanced scientific cooperation, but also upon mutual research visits for all career phases – from young students to established professors.

    The WIN is one of Canada's most prestigious Nano-research institutes, and in structure and scientific priorities it is very similar to CENIDE. "We want to benefit from these commonalities and let our people regularly be looking beyond their noses," explains Dr. Tobias Teckentrup, CENIDE’s managing director.

    Besides other prior joint research projects and publications, WIN’s Professor Kyle Daun has spent several research periods at the UDE as both a Mercator Fellow and a Humboldt Fellow. The Memorandum of Understanding was arranged after a delegation of Canadian scientists visited the three universities of the University Alliance Ruhr. Among the delegation was Dr. Arthur Carty, WIN’s Executive Director: “Our partnership builds on a broad spectrum of common research interests and strengths in the design, fabrication, and application of novel nanomaterials to meet global challenges in energy, environment, manufacturing, and health care. By joining forces in a collaborative team effort we will provide new opportunities for discovery and innovation at the interface of science, engineering, and medicine.”

    Further information: Dr. Tobias Teckentrup, +49203 / 379-8177 tobias.teckentrup@uni-due.de

    Editor: Birte Vierjahn, +49203 / 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • Veröffentlichung in „Advanced Functional Materials“

    12th July 2016, Prozessoren stromlos schalten


    Henrichs, L. F., Cespedes, O., Bennett, J., Landers, J., Salamon, S., Heuser, C., Hansen, T., Helbig, T., Gutfleisch, O., Lupascu, D. C., Wende, H., Kleemann, W. and Bell, A. J. (2016), Multiferroic Clusters: A New Perspective for Relaxor-Type Room-Temperature Multiferroics. Adv. Funct. Mater., 26: 2111–2121.Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.
    Es ist die Vision eines Computers, der effizient und fast ohne Hitzeentwicklung arbeitet: Einem Team von Wissenschaftlern – unter anderem vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) – ist es gelungen, sogenannte multiferroische Cluster stromlos zu schalten. Diese Entdeckung könnte einen weiteren Schritt hin zur nächsten Generation von Computerchips ermöglichen. Die Ergebnisse hat das Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ als Leitartikel veröffentlicht. Heutige Rechner auf Basis von Halbleitertechnologie benötigen viel Energie. Als unerwünschter Nebeneffekt entsteht viel Wärme, die die Leistung begrenzt. Eine Lösung für Speicher könnten magnetoelektrische Schaltungen sein, die in der Theorie deutlich energieeffizientere elektronische Bauteile als herkömmliche Halbleitertechnologie ermöglichen. Das Problem: Bisher kannte man nur Materialien, die erst weit unter Raumtemperatur starke magnetoelektrische Effekte aufweisen. Dies macht deren tatsächlichen Einsatz im Alltag unmöglich. Nun hat ein Team aus CENIDE-Wissenschaftlern und internationalen Partnern neuartige multiferroische Cluster entdeckt. Dabei handelt es sich um Bereiche von nur wenigen Nanometern Größe, die starke ferroelektrische und magnetische Eigenschaften besitzen. Diese Aspekte sind zentrale Punkte innerhalb der DFG Forschergruppe 1509 „Ferroische Funktionsmaterialien“, in der die beiden Koautoren Prof. Heiko Wende und Prof. Doru Lupascu in einem gemeinsamen Projekt zusammenarbeiten. Diese nanoskaligen Cluster könnten sich künftig als Informationsträger für Computerchips eignen und durch ihren geringen Stromverbrauch Prozessoren mit sehr hoher Taktfrequenz ermöglichen. Das Forscherteam um Dr. Leonard Henrichs konnte zeigen, dass die magnetischen und ferroelektrischen Eigenschaften der Cluster stark miteinander wechselwirken. Den Wissenschaftlern gelang es, die Magnetisierung der Cluster stromlos und nur mithilfe von elektrischer Spannung zu schalten. Dabei konnten sie zudem den größten Kopplungseffekt messen, der je für solche Materialien dokumentiert wurde. Die Eigenschaften der multiferroischen Cluster ändern sich sehr stark in Abhängigkeit von einem von außen angelegten Magnetfeld, daher können die Cluster auch als Magnetfeldsensoren genutzt werden. Künftige Anwendungen solcher Sensoren könnten möglicherweise in der Medizin für bildgebende Verfahren genutzt werden und heutige Verfahren verbessern. Originalpublikation: L.F. Henrichs, O. Cespedes, J. Bennett, J. Landers, S. Salamon, C. Heuser, T. Hansen, T. Helbig, O. Gutfleisch, D.C. Lupascu, H. Wende, W. Kleemann, A.J. Bell Multiferroic clusters: a new perspective for relaxor-type room-temperature multiferroics Adv. Funct. Mater., 26 (2016), pp. 2111–2121 DOI: 10.1002/adfm.201503335 Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • UDE: Humboldt-Stipendiat bei Ingenieurwissenschaftlern

    28th June 2016, Daten mit Licht verarbeiten


    (c) AvH-Stiftung

    Flott und fehlerfrei große Datenmengen versenden – Wissenschaftler wie Prof. Dr. Vakhtang Jandieri (37) suchen dafür nach neuen Methoden der optischen Signalverarbeitung. Der georgische Informationstechniker von der Freien Universität Tiflis ist Stipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung. Derzeit forscht er bei Prof. Dr. Daniel Erni im Fachgebiet Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik der Universität Duisburg-Essen (UDE).

    Prof. Erni: „Unser Gast ist ein ausgewiesener Experte für die mathematische und numerische Modellierung elektromagnetischer Felder und Wellen. Seine Forschungen führten ihn bereits nach Japan, Korea, Italien und in die USA." Gemeinsam entwickeln sie in den nächsten drei Jahren u.a. neuartige voll-optische analoge und digitale Verstärker auf der Basis photonischer Kristallstrukturen.

    Weitere Informationen:
    Prof. Dr. Vakhtang Jandieri, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Tel. 0203/379-4213, vakhtang.jandieri@uni-duisburg-essen.de
    Prof. Dr. Daniel Erni, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Tel. 0203/379-4212, daniel.erni@uni-due.de

  • Hüttengase sinnvoll nutzen

    28th June 2016, 17 Partner aus Industrie und Wissenschaft wollen Rohstoffe aus Hüttengasen gewinnen

    Hüttengase, die bei der Stahlproduktion entstehen, tragen erheblich zum ungeliebten CO2-Ausstoß bei. Ein neues Projekt, an dem Forscher der Ruhr-Universität beteiligt sind, soll helfen, sie sinnvoll zu nutzen.

    Der Plan der 17 Partner des Projekts „Carbon2Chem“ ist es, aus dem Hüttengas wertvolle Grundstoffe für die chemische Industrie zu gewinnen. Das soll unter Zugabe von Wasserstoff in katalytischen Prozessen gelingen. Der notwendige Wasserstoff soll durch Elektrolyse erzeugt werden, wobei der Strom für die Elektrolyse aus regenerativen Energien stammen soll.

    Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 60 Millionen Euro über vier Jahre gefördert und umfasst 17 Partner aus Industrie, Max-Planck-Gesellschaft, Fraunhofer-Gesellschaft und Universitäten. Ziel ist es, 20 Millionen Tonnen Hüttengas – das ist etwa ein Drittel der jährlichen Gesamtmenge – zu nutzen. So würden zehn Prozent des jährlichen CO2-Ausstoßes der gesamten Industrie und des verarbeitenden Gewerbes in Deutschland vermieden.

    https://www.bmbf.de/de/mit-abgas-das-klima-retten-3044.html

  • Wie kommunizieren eigentlich Spins miteinander?

    22nd June 2016, Publikation zu magnetischen Molekülen auf Oberflächen


    (C) UDE/Physik
    Mitglieder der Forschungsgruppe Wende haben die Spin-Kommunikationskanäle von magnetischen Doppeldecker-Molekülen auf ferromagnetischen Substraten analysiert – ihre Ergebnisse sind so bemerkenswert, dass die Zeitschrift Nature Scientific Reports sie veröffentlicht hat. Ändert sich der Spin an einer Stelle, hat das einen Einfluss auf den Spin an anderen Stellen. Untersucht wurde, wie groß dieser Einfluss ist – man spricht auch von Kopplung – und über welche Mechanismen diese Kopplung erfolgt (siehe schematisches Bild). Es zeigt sich eine klare antiferromagnetische Kopplung der Selten-Erd Ionen Tb und Dy über die Phthalocyanin-Liganden an die ferromagnetischen Substrate. Das wurde durch elementspezifische Untersuchungen der Magnetisierung als Funktion des angelegten Magnetfelds bestimmt. Die genaue Analyse der Feldabhängigkeiten zeigt, dass die Tb-Ionen stärker magnetisch gekoppelt sind als die Dy-Ionen. Die Messungen wurden an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankreich, durchgeführt.

    https://www.uni-due.de/physik/wende/

  • magnitUDE

    14th June 2016, Neuer Hochleistungsrechner an der UDE

    Mehr als 13.500 Rechenkerne und über 40 Billionen Bytes Hauptspeicher bietet der neue Hochleistungsrechner magnitUDE der Universität Duisburg-Essen (UDE), der über einen DFG-Großgeräteantrag in Höhe von 3,3 Mio. Euro erworben werden konnte. Mit ihm können riesige Datenmengen verarbeitet sowie komplexe Systeme berechnet, modelliert und simuliert werden – eine wichtige Voraussetzung dafür, dass zum Beispiel schadstoffärmere Motoren entwickelt oder Stressfaktoren in Arterienwänden untersucht werden können.

    Mit seiner rasanten Rechenleistung von 437 Billionen Gleitkommaoperationen (Teraflops) pro Sekunde ist es sehr wahrscheinlich, dass mit ihm erneut ein UDE-Hochleistungsrechner in das renommierte Ranking der aktuellen TOP 500 Supercomputer aufgenommen wird. Im laufenden Betrieb kommt magnitUDE vor allem dem Center for Computational Sciences and Simulation (CCSS) an der UDE zugute. Es vernetzt ca. 30 Arbeitsgruppen in Mathematik, Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften miteinander.

    Der neue Superrechner verfügt über Intel Xeon 12-Kern Broadwell-Prozessoren der neuesten Generation und ein paralleles 480 Terabyte großes Dateisystem. Dennoch kommt er mit vergleichsweise wenig Energie aus, denn er benötigt höchstens 200 kW Strom. Für die Sicherheit ist auch gesorgt: die indirekt wassergekühlten Serverschränke stehen in einem 215 qm großen Raum mit einer Brandfrüherkennung und Löschanlage. In der Endausbaustufe können dort auch noch weitere UDE-Rechnersysteme untergebracht werden.

    Die Raumanmietung konnte erfolgreich über die Firma DU-IT, einer Tochter der Duisburger Stadtwerke, realisiert werden. Die Gelegenheit war günstig, weil es bereits konkrete Planungen gab, eine Logporthalle zu einem Rechenzentrum („Raum-in-Raum“) umzubauen. magnitUDE ergänzt den 2010 an der UDE in Betrieb genommenen Hochleistungsrechner Cray-XT6m, der mit über 4.000 Rechnerkernen bis zu 31 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde schafft.

    Mit dieser Neuaufstellung im Bereich des Hochleistungsrechnens ist die UDE bestens für zukünftige Aufgaben in der numerischen Simulation gerüstet – eine wichtige Komponente im Profilschwerpunkt „Materials Chain“ der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Unter diesem Dach verknüpfen die Universitäten Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen die exzellenten Bereiche ihrer Material‐, Werkstoff- und Produktionswissenschaften. Dabei werden alle Phasen moderner Produktions- und Materialwissenschaften abgedeckt, vom Materialdesign über die Werkstoffherstellung und -veredelung bis hin zur Charakterisierung und Verarbeitung im Produktionsprozess.

    Weitere Informationen: https://www.uni-due.de/zim/services/wissenschaftliches_rechnen/ Dr. Holger Gollan, Zentrum für Informations- und Mediensysteme, holger.gollan@uni-due.de, Tel. 0201/183-3904

    Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/zim/services/wissenschaftliches_rechnen/

  • Computer von morgen

    13th June 2016, Forschungspreisträger der Humboldt-Stiftung


    (c) privat

    Wie sich die Leistung von Prozessoren und nanomagnetischen Materialien optimieren lassen, das untersuchen Forscher wie Prof. Kannan M. Krishnan (59). Der Forschungspreisträger der Alexander von Humboldt-Stiftung entwickelt neuartige magnetische Nanomaterialien für biomedizinische Anwendungen und neue logische Muster für IT-Geräte. Derzeit ist er Gast bei Prof. Dr. Michael Farle in der Experimentalphysik der Universität Duisburg-Essen (UDE). Beim Speichern, Verarbeiten und Strukturieren von Daten laufen in den Rechnern Prozesse ab, die zurzeit noch auf der elektrischen Ladung von Elektronen beruhen. Um diese Prozesse energieeffizient zu ersetzen, soll künftig verstärkt der quantenmechanische Spin des Elektrons genutzt werden. Mit intelligentem Materialdesign können zudem Nanomagnete geschaffen werden, die in der Medizin eine nicht-invasive Diagnostik und Therapie erlauben. Wie all dies auf der Nanoebene funktioniert und ineinandergreift, wird Professor Krishnan bis August an der UDE erforschen und seine Untersuchungen 2017 hier für einen weiteren Monat fortführen. Seine Studien können für die IT- und Biomedizin-Branche nützlich sein, aber auch z.B. für neue Elektromotoren. Kannan Krishnan studierte Maschinenbau am Indian Institute of Technology. Gastprofessuren führten den Inder an mehrere Universitäten auf sechs Kontinenten. Zurzeit arbeitet er als Professor an der US-amerikanischen Universität Washington. Seine Arbeiten wurden mehrfach ausgezeichnet.

    Weitere Informationen: Prof. Kannan M. Krishnan, Ph.D., Fakultät für Physik, kunnanmk@uw.edu Prof. Dr. Michael Farle, Fakultät für Physik, Tel. 0203/379-2075, michael.farle@uni-due.de

  • Experte für Rasterkraftmikroskopie

    13th June 2016, Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis 2016


    (v.l.) Thomas Kufen, Martin Sutter, PD Dr. Vladimir V. Shvartsman und Rektor Prof. Dr. Ulrich Radtke, (c) Gottschalk-Diederich-Baedeker-Stiftung
    Mit dem diesjährigen Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis wurden jetzt (10.06.) die herausragenden Leistungen von PD Dr. Vladimir V. Shvartsman gewürdigt, der an der Universität Duisburg-Essen (UDE) lehrt und forscht. Der Festkörperphysiker ist ein international ausgewiesener Experte für die Rasterkraftmikroskopie. Mit diesem Instrument können Oberflächen mechanisch abgetastet und atomare Kräfte auf der Nanometerskala gemessen werden. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert und wird einmal jährlich durch die G. D. Baedeker Stiftung in Essen verliehen. Vladimir V. Shvartsman stammt aus Weißrussland und studierte in Moskau Festkörperphysik. Nach seiner Promotion in Physikalischer Chemie im Jahr 2000 ging er für vier Jahre nach Portugal. Hier entwickelte er sich zu einem renommierten Experten für elektrische Kondensatorwerkstoffe (Di- und Ferroelektrika). Heute zählt er zu den zehn führenden Forschern im Bereich der Piezokraftmikroskopie. Er setzte sie erstmals im Bereich der Relaxoren ein, um deren Nanostrukturen zu verstehen, nachzulesen in seiner ausgezeichneten Habilitationsschrift. Seine Erkenntnisse sind wegweisend und werden in den nächsten Jahren Eingang in die Lehrbücher für Elektronikwerkstoffe finden.
  • Prof. Lorke ins Kuratorium des Deutschen Museums gewählt

    13th June 2016, Begeisterung für Naturwissenschaften weitergeben


    (c) CENIDE, Suleiman

    Der Experimentalphysiker Professor Axel Lorke vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist in das Kuratorium des Deutschen Museums in München gewählt worden.

    „Da die Gewinnung von Nachwuchs in den MINT-Fächern eines der wichtigen bildungspolitischen Ziele des Deutschen Museums ist, freuen wir uns sehr, dass Professor Lorke nun Mitglied unseres Kuratoriums ist“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Heckl, Generaldirektor des Deutschen Museums. „Er schafft es seit jeher, seine Begeisterung für die Naturwissenschaften weiterzugeben – das gilt für seine Studenten genauso wie für Laien.“

    Weitere Mitglieder des Kuratoriums sind unter anderem Nobelpreisträger wie Prof. Peter Grünberg (Physik, 2007) und Prof. Harald zur Hausen (Medizin, 2008), die Ministerpräsidenten aller Bundesländer sowie Vorstandsvorsitzende internationaler Großunternehmen.

  • Ehrendoktorwürde für Prof. Dr. Dr. h.c. Dietrich Wolf

    3rd June 2016, Budapest University for Technology and Economics


    Der Physiker und Mitglied der Materials Chain Prof. Dr. Dietrich Wolf ist von der Budapest University for Technology and Economics mit der Ehrendoktorwürde ausgezeichnet worden. In 30 Jahren gemeinsamer Forschung mit elf Kollegen aus Budapest sind 55 wissenschaftliche Artikel entstanden.

    Die Forschungsthemen erstrecken sich über Wachstumsprozesse, Granulare Materie, Rheologie, Reibung und Elektrischen Transport in Molekülen und Nanostrukturen. Seit fünf Jahren verbindet unsere beiden Universitäten auch eine Partnerschaft, in deren Rahmen viele Studierende aus dem Studiengang Energy Science ein Auslandsjahr an der Universität in Budapest verbringen.

    Redaktion: Andreas Reichert, 0203/ 379-2032, andreas.reichert@uni-due.de

  • Neuer Sonderforschungsbereich an der UDE

    31st May 2016, Großer Erfolg für die Fakultät für Physik


    (c) UDE/Physik

    Der Wettbewerb war sehr anspruchsvoll: Zahlreiche Forschergruppen bewarben sich um einen neuen Sonderforschungsbereich (SFB). „Angesichts der großen bundesweiten Konkurrenz sind wir sehr froh, dass sich die Deutsche Forschungsgemeinschaft für unseren Antrag entschied“, freut sich Prof. Dr. Uwe Bovensiepen, Leiter des Forscherteams Ultraschnelle Dynamik an Grenzflächen in der Fakultät für Physik und dem Center for Nanointegration der Universität Duisburg-Essen (UDE). „Damit bestätigt sich zugleich unsere führende Rolle in einem wichtigen physikalischen Themenfeld“, erläutert der künftige SFB-Sprecher.

    Thematisch geht es im neuen SFB 1242 um „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne“, an dem zahlreiche Wissenschaftler des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) beteiligt sind. Er wird zunächst für vier Jahre gefördert und beginnt ab dem 1. Juli. Zum Hintergrund: Feste Materie, zum Beispiel ein Metallstück, scheint auf den ersten Blick unveränderlich zu sein. Die darin enthaltenen Atome und Elektronen lassen sich jedoch anregen und aus Grundzustand in einen Zustand höherer Energie überführen. Stöße von Atomen und Elektronen ganz allgemein führen dazu, dass Anregungen verschiedener Freiheitsgrade von Materie in ganz bestimmter Weise untereinander wechselwirken.

    Der neue SFB der UDE bündelt wissenschaftliche Aktivitäten aus der Physik, Chemie und den Nanowissenschaften und verfolgt das Ziel, ein materialübergreifendes, mikroskopisches Verständnis solcher Nichtgleichgewichtszustände zu erarbeiten. Prof. Bovensiepen: „Wir werden die Methoden der theoretischen Physik weiterentwickeln und untereinander verzahnen, um die gesamte Entwicklung in Zeit und Raum zu beschreiben – von dem Moment des Wirkens des Stimulus, über Sekundärprozesse, bis zu einem Zustand nahe am Gleichgewicht.“

    Wenn dies gelingt und vollständig verstanden wird, können sich daraus neue Impulse und Konzepte für die Wissenschaft und für neue Anwendungen ergeben. So könnten etwa auch vollständig neue Materialeigenschaften entstehen, die ausschließlich im Nichtgleichgewicht existieren. Anwendungsmöglichkeiten sind zum Beispiel Silizium-Wafer in der Solartechnik oder Isolatoren in elektrischen Geräten.

    Weitere Informationen: Prof. Uwe Bovensiepen, Fakultät für Physik, uwe.bovensiepen@uni-due.de, Tel. 0203 / 379 - 4533

    Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Von Honigwabengittern und Quantencomputern

    27th May 2016, Simulationen sagen neuartige Eigenschaften voraus

    Eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen, geordnet in einem Honigwabengitter – seit seiner Entdeckung fasziniert Graphen die Wissenschaft und Industrie. Ordnet man nach diesem Muster jedoch Übergangsmetall-Ionen wie Mangan in einer Oxidheterostruktur an, ergeben sich neuartige Materialeigenschaften, die noch vielversprechender sein können als das derzeit hochgehandelte Graphen.

    Dies belegen Ergebnisse quantenmechanischer Simulationen aus der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Rossitza Pentcheva vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE), die kürzlich in den Fachmagazinen „Physical Review Letters“ und „Physical Review B“ erschienen.

    In der physikalischen Festkörperforschung tun sich nicht selten an den Rändern von Materialien buchstäblich neue Welten auf: Wenn Perowskite, also Oxide, die aus Sauerstoff, Metallionen und seltene Erdelemente bestehen, entlang der ungewöhnlichen (111) kristallographischen Richtung aufgewachsen werden, so bilden je zwei Metallschichten ein gebogenes Honigwabengitter, ähnlich wie in Graphen. Übergangsmetalloxide jedoch bieten aufgrund ihrer stark wechselwirkenden Elektronen ganz neue Chancen, da sie verschiedene magnetische und elektronische Zustände einnehmen können. Seit kurzem ist es nun möglich, dieses Gitter in einer Heterostruktur zu realisieren, wie Experimente von Kollegen aus den USA und aus China zeigen. „Diese Honigwabenstruktur kombiniert mit den Möglichkeiten eines Oxids ist eine Spielwiese sowohl für die Grundlagenforschung wie auch für Anwendungen, weil ganz neue Eigenschaften realisiert werden können, die nicht im Volumenkristall oder anderen Anordnungen auftreten können“, erklärt Pentcheva.

    Für die nötigen ab initio Simulationen „füttert“ die Expertin für computergestützte Materialphysik ihren Rechner mit Informationen über Kristallstruktur und chemische Elemente des Materials und lässt ihn anschließend die elektronische Struktur und magnetische Eigenschaften berechnen. So konnte sie belegen, dass Nickelat ein Antiferromagnet mit einer Orbitalordnung ist, die nicht im Volumen vorkommt. Durch systematische Untersuchung aller Kationen der 3d-Übergangsmetallreihe, wie zum Beispiel Titan, Eisen oder Kobalt, fand sie heraus, dass Lanthanmanganat unter bestimmten Bedingungen ein Kandidat für einen sogenannten Chern-Isolator ist. Das ist ein System, das im Volumen isolierend und an der Oberfläche leitend ist, jedoch ohne wärmebedingte Verluste. Eine weitere Besonderheit: Chern-Isolatoren sind magnetisch, weswegen ihre Funktion nicht auf ein externes Magnetfeld angewiesen ist. Damit würde das Material für künftige Anwendungen wie dem Quantencomputer noch vielversprechender sein als das momentan hochgehandelte Graphen oder andere Materialien, die eine viel zu kleine Bandlücke aufweisen und zudem oft toxisch sind.

    Pentchevas Ergebnisse helfen somit nicht nur dabei, die Messdaten der amerikanischen und chinesischen Kollegen zu interpretieren. Vielmehr werfen sie ein „Schlaglicht“ auf vielversprechende Materialkombinationen für zukünftige Experimente und Anwendungen. „In der Theorie haben wir die entscheidenden Eigenschaften für diese exotischen Systeme vorhergesagt, nun sind wir gespannt auf die experimentelle Umsetzung“, freut sich Pentcheva, deren Projekt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im SFB/TR80 gefördert wird.

    Ansprechpartner für weitere Informationen: Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, Faktultät für Physik, 0203/ 379-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

    Originalpublikationen:
    Doennig, S. Baidya, W.E. Pickett and R. Pentcheva, Design of Chern and Mott insulators in buckled 3d oxide honeycomb lattices, Phys. Rev. B 93, 165145 (2016) DOI: 10.1103/PhysRevB.00.005100 http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.93.165145
    S. Middey, D. Meyers, D. Doennig, M. Kareev, X. Liu, Y. Cao, Zhenzhong Yang, Jinan Shi, Lin Gu, P. J. Ryan, R. Pentcheva, J. W. Freeland, and J. Chakhalian, Mott Electrons in an Artificial Graphenelike Crystal of Rare-Earth Nickelate, Phys. Rev. Lett. 116, 056801 (2016) DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.056801 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.056801

    Redaktion:
    Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
    Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

  • Phasenstruktur über Trägerflüssigkeiten kontrollieren

    25th May 2016, Morphologie lasergenerierter Eisen-Gold Nanopartikel


    In einer gemeinsamen Arbeit haben Wissenschaftler der Technischen Chemie (AG Barcikowski) und Experimentalphysik (AG Farle) von der Universität Duisburg-Essen, sowie die AG von Prof. L. Kienle (Christian-Albrecht-Universität zu Kiel) die Morphologie von lasergenerierten Eisen-Gold Nanopartikeln untersucht. Die kürzlich erschienene Veröffentlichung in der renommierten Zeitschrift Scientific Reports präsentiert die neusten Erkenntnisse aus dem Bereich der laserbasierten Generierung von Core-Shell Nanopartikeln sowie den Einfluss der Trägerflüssigkeit auf die resultierende Nanopartikelstruktur.

    Mittels detaillierten elektronenmikroskopischen Nanopartikelanalysen und anhand von strukturaufklärenden EDX Messungen der atomaren Zusammensetzung von Einzelpartikeln wurde gezeigt, dass die Struktur von lasergenerierten Eisen-Gold Nanopartikeln zu einem großen Anteil durch Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeloberfläche und Lösungsmittel beeinflusst wird. Die Autoren zeigen, dass die Laserablation eines FeAu-Targets in organischen Lösungsmitteln, wie Aceton, zu Ausbildung von Fe@Au Core-Shell Nanopartikeln mit dem Kern aus metallischen Eisen und einer Schale aus Gold führt.

    Dagegen ergab die Ablation des gleichen Targets in Wasser eine Au@FeOx Core-Shell Struktur mit einem Goldkern und einer Schale aus Eisenoxid. Die UV-Vis spektroskopische Analyse, sowie Messungen der magnetischen Eigenschaften der generierten Nanopartikeln ergänzen die Studie und zeigen, dass die hergestellten Nanopartikeln sowohl plasmonische als auch magnetische Eigenschaften in sich vereinen. Die Kombination von magnetischen und optischen Eigenschaften in einem Nanopartikel bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten wie z.B. duale Bildgebung in der Biomedizin. Des Weiteren eignen sich Fe@Au Core-Shell Nanopartikel aufgrund ihrer exzellenten Leitfähigkeit und ihrer Fähigkeit sich in externen Magnetfeldern zu makroskopischen Filamenten auszurichten für einen Einsatz in transparenten, leitfähigen Lackbeschichtungen.

    Die präsentierten Ergebnisse ermöglichen strategisches und strukturdifferenziertes Herstellen von Core-Shell Nanopartikeln mittels einer einstufigen Synthese. Die experimentellen Einzelheiten und analytische Rückschlüsse können dem Originalartikel entnommen werden.

    Originalpublikation:
    Scientific Reports, 6, 23352. DOI: 10.1038/srep23352 http://www.nature.com/articles/srep23352

    Weitere Informationen:
    https://www.uni-due.de/chemie/

  • Experte aus Cambridge zu Gast

    17th May 2016, Prof. Markus Kraft in der AG C. Schulz


    (c) Kraft, University of Cambridge

    Professor Christof Schulz hat ihn nominiert, nun ist es offiziell: Professor Markus Kraft von der Cambridge University (Großbritannien) wird mit dem Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet. Damit verbunden sind zwei längere Forschungsaufenthalte in den Jahren 2017 und 2018 in der Arbeitsgruppe Schulz.

    Der Preis ist mit 45.000 Euro dotiert und wird an international renommierte Wissenschaftler aus dem Ausland vergeben. Damit verbunden ist das Angebot, ein selbst gewähltes Forschungsvorhaben in Kooperation mit Fachkollegen in Deutschland durchzuführen. Auf Einladung von Christof Schulz wird Markus Kraft daher von Februar bis April 2017 sowie von Januar bis März 2018 bei CENIDE zu Gast sein.

    Markus Kraft leitet die Arbeitsgruppe „Computational Modelling“ der Fakultät „Chemical Engineering“ an der Cambridge University. Er ist weltweit bekannt für seine herausragenden Beiträge zur rechnergestützten Modellierung in der Ingenieurtechnik, besonders für seine Arbeit zu stochastischer Numerik für multivariate Populationsbilanzgleichungen. In der Populationsdynamik von anorganischen und organischen Nanopartikeln aus der Flammensynthese führten seine Verfahren zu bisher unerreicht präzisen Modellen.

    Von 2011 bis 2013 war er bereits CENIDE-Gastprofessor und hat gemeinsam mit der AG Schulz an der Synthese von Silizium-Nanopartikeln für Photovoltaik- und Batterieanwendungen gearbeitet. „Dieses Mal legen wir unseren gemeinsamen Fokus auf die ablaufenden Prozesse bei der Gasphasensynthese von Siliziumdioxid-Nanopartikeln. Unser Ziel ist es, die einzelnen Schritte inklusive der komplizierten Interaktion der Partikel zu verstehen. Auf dieser Basis wollen wir Syntheseverfahren für die gezielte Herstellung entwickeln“, erklärt Schulz.

    Die Humboldt-Stiftung verleiht jährlich rund 20 Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreise; die Nominierung erfolgt durch Wissenschaftler in Deutschland. Von den Preisträgern wird erwartet, dass sie durch weitere wissenschaftliche Spitzenleistungen ihr Fachgebiet auch über das engere Arbeitsgebiet hinaus nachhaltig prägen.

    Redaktion: Birte Vierjahn UDE, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

  • „Der Auftritt hat sich definitiv gelohnt“

    11th May 2016, The Materials Chain auf der HMI 2016


    (c) MIWF, Foto: Frederic Schweizer
    Als erstes zogen die bizarren Formen des Ferrofluidbrunnens die Besucher der Hannover Messe zum Stand der Materials Chain – so auch NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze. Zum Gespräch geblieben ist das Fachpublikum aufgrund der vielfältigen Forschungsschwerpunkte und der Kooperationsmöglichkeiten für Wissenschaft und Industrie. Besonders die Körperteile, filigranen geometrischen Figuren und Werkzeugformen aus dem 3D-Drucker machten Eindruck auf das Fachpublikum. Vor allem die feinen Details, die die Wissenschaftler um Arbeitsgruppenleiter Prof. Gerd Witt an der Universität Duisburg-Essen (UDE) in ihrem Verfahren darstellen können, führten zu zahlreichen Rückfragen. Aber auch die Prototypen aus Vulkanfiber aus der Arbeitsgruppe von Prof. Bernd Künne an der TU Dortmund faszinierten die Experten aus Wissenschaft und Industrie gleichermaßen. Hierbei handelt es sich um einen naturbasierten Konstruktionswerkstoff zur Herstellung von HighTech-Leichtbaukomponenten – aus nachwachsenden Rohstoffen. „Wir haben zahlreiche interessante Gespräche geführt und neue Kontakte geknüpft“, resümiert Dr. Manuel Piacenza, einer der Koordinatoren der Materials Chain. „An unserem Stand war immer etwas los. Kaum hatten wir ein Gespräch beendet, knüpfte das nächste direkt an. Der Auftritt hat sich für uns definitiv gelohnt.“ Die Materials Chain ist ein Profilschwerpunkt der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Unter ihrem Dach bringen die Ruhr-Universität Bochum, die TU Dortmund, die Universität Duisburg-Essen und ihre Partner die exzellenten Bereiche ihrer Material-, Werkstoff- und Produktionswissenschaften zusammen. Die Hannover Messe findet jährlich statt und ist mit über 6.500 Ausstellern und 220.000 Besuchern die wichtigste Industriemesse weltweit. Weitere Informationen: The Materials Chain Sonja Berghoff Tel.: 0234 – 32 22422 E-Mail: sonja.berghoff@uaruhr.de www.materials-chain.ruhr Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Tiefe Einblicke in die Nanowelt

    10th May 2016, ICAN auf der internationalen Leitmesse analytica

    Sie machen kleinste Dimensionen sichtbar und erlauben eine umfassende Analyse neuer Nanomaterialien für innovative Anwendungen: Die hochauflösenden Mikroskope des Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) an der Universität Duisburg-Essen (UDE) bieten Forschern und Kooperationspartnern die Möglichkeit, verschiedenste Materialien mit den jeweils am besten geeigneten Methoden zu analysieren. Vom 10. bis zum 13. Mai präsentiert sich ICAN auf der diesjährigen internationalen Fachmesse analytica in Halle A3 an Stand 436-1. Gut abgeschirmt, im Keller des modernen Forschungsbaus NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg, stehen fünf aufeinander abgestimmte Mikroskopietechniken, die hochauflösende Analysen bis in den atomaren Bereich ermöglichen. Mit diesen Geräten werden sowohl statische Momentaufnahmen der Materialstruktur und -eigenschaften analysiert als auch dynamische Prozesse auf der Nanometerskala beobachtet. Zusammen mit den umfangreichen Synthese- und Verarbeitungsverfahren im NETZ ist es damit möglich, maßgeschneiderte Nanomaterialien mit definierten Eigenschaften gezielt herzustellen. Zum Beispiel neuartige Hybridmaterialien auf der Basis von Silicium/Kohlenstoff und Metall/Halbleiteroxiden für Anwendungen in der Batterietechnik und Katalyse. Dabei bietet ICAN als Gerätezentrum der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) nicht nur hochmoderne zentrale Analytik im Wert von insgesamt fast 6 Mio. Euro, sondern bündelt auch Methoden und umfangreiche fachliche Kompetenz an der UDE insgesamt. „Jedes der Mikroskope bietet schon einzigartige Möglichkeiten in der Oberflächen- und Nanoanalytik“, erklärt Prof. Dr. Nils Hartmann, Leiter des Zentrums. „Doch erst zusammen erlauben sie tiefe Einblicke in den atomaren Aufbau der Nanomaterialien und ermöglichen, die Prozessierung und Struktur der Nanomaterialien zu optimieren und die zugrundeliegenden Mechanismen und resultierenden Materialeigenschaften noch besser zu verstehen.“ Im NETZ wurden für die empfindlichen Geräte direkt neben den Syntheseanlagen zur Herstellung funktionaler Nanopartikel speziell ausgestattete, klimatisierte Labore eingerichtet, um störungsfreie Messungen zu ermöglichen. Finanziert wurde diese besondere Gerätekombination und Infrastruktur vom Bund und vom Land NRW. Konkret handelt es sich um: Ein hochauflösendes, aberrationskorrigiertes Transmissions-Elektronenmikroskop (Cs-korrigiertes TEM) für die morphologische, chemische und strukturelle Charakterisierung auf der atomaren Längenskala Ein Mikrofokus-Röntgen-Photoelektronen-Spektrometer (Mikrofokus-XPS) zur Analyse der chemischen Zusammensetzung und Struktur und der Bindungskonfiguration der Elemente, z. B. des Oxidationsgrads Ein Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometer (TOF-SIMS), um detaillierte Tiefenprofilanalysen und 3D-Analysen der chemischen Zusammensetzung mit einer Empfindlichkeit im ppm-Bereich durchzuführen Ein Raster-Auger-Elektronenmikroskop (SAM) zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen mit höchster lateraler Auflösung bis in den Sub-10-nm-Bereich und zur schnellen Charakterisierung einzelner Nanostrukturen Ein Rasterkraftmikroskop/Rastersondenmikroskop (AFM/SPM) zur Vermessung von Oberflächenstruktur, -topographie und -morphologie sowie zur lateral aufgelösten quantitativen Untersuchung von chemischen, mechanischen und elektrischen/elektronischen Oberflächeneigenschaften Die analytica ist die wichtigste internationale Fachmesse für Analytik, Labortechnik und Biotechnologie und findet alle zwei Jahre statt. Mit rund 1.000 Ausstellern und 35.000 Besuchern ist sie wichtigster Branchentreff und vereint das komplette Themenspektrum in Industrie und Forschung. Während der parallelen wissenschaftlichen Tagung diskutieren weltweit führende Experten über den aktuellen Stand der anwendungsorientierten Forschung sowie über die Entwicklung analytischer Verfahren in Chemie, Diagnostik, Molekularer Biologie und Biochemie. Ihr Ansprechpartner an Stand 436-1 in Halle A3 sowie für weitere Informationen: Prof. Dr. Nils Hartmann Tel. 0203/ 379-8033 nils.hartmann@uni-due.de Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/ican/

  • Widerstand auf der Nanoskala

    2nd May 2016, Topologische Isolatoren unter dem Mikroskop


    (c) nature publishing group
    Die Kante ist nur rund fünf Atomschichten dick, aber sie reicht aus, um eine sicher geglaubte Theorie ins Wanken zu bringen: Projektleiter Dr. Christian Bobisch und Sebastian Bauer vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) forschen an Topologischen Isolatoren, den neuen Hoffnungsträgern z.B. für Quantencomputer. Sie konnten nachweisen, dass Kanten auf deren Oberfläche entgegen der gängigen Meinung die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen, indem sie wie kleine Widerstände wirken – so aber gleichzeitig die Tür zu einem präzisen elektronischen Oberflächendesign öffnen. Einige Bauteile elektronischer Schaltungen sind heute nur noch 14 Nanometer groß. Doch hier kommt der Trend zu immer kleineren Komponenten auch an seine Grenze: In diesen winzigen Dimensionen tauchen zunehmend Quanteneffekte auf, die klassische, siliziumbasierte Technik unmöglich machen. Für zusätzliche Probleme sorgt die Wärme in den dicht gepackten Schaltungen. Forscher setzen daher ihre Hoffnungen auf eine neue Materialklasse, die erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde: die Topologischen Isolatoren. Während diese im Innern isolierend sind, erlauben sie gleichzeitig auf ihrer Oberfläche die Bewegung von Ladungen, leiten hier also den elektrischen Strom. Die bisher anerkannte Theorie besagte, dass diese Leitfähigkeit nicht durch Defekte an der Oberfläche beeinträchtigt wird. Die Physiker Sebastian Bauer und Dr. Christian Bobisch konnten nun aber nachweisen, dass dies sehr wohl der Fall ist: Sie gehören zu den wenigen Wissenschaftlern, die die „Rastertunnelpotentiometrie“ beherrschen – eine Methode, die mit atomarer Genauigkeit gleichzeitig misst, wie eine Oberfläche beschaffen ist und wo Strom entlangfließt. In ihrer Probe aus Bismuthselenid (Bi2Se3) konnten sie zeigen, dass jede nanometerhohe Kante einer rauen Oberfläche wie ein winziger Widerstand wirkt. In Summe reduzieren sie die Leitfähigkeit der ganzen Schicht. Bobisch interpretiert seine Ergebnisse keineswegs als Rückschlag für die neuen Hoffnungsträger, sondern als zusätzlichen Vorteil: „Wir können nun das Potenzial der Topologischen Isolatoren in künftigen Bauelementen realistischer einschätzen. Aber es ergeben sich auch ganz neue Möglichkeiten. Es ist denkbar, mit diesem Wissen die Oberfläche bewusst zu designen – wo soll viel Strom fließen, wo weniger?“ Durch ein vorgegebenes Design für das Bauteil würden sich zudem Streuverluste verringern und damit automatisch auch die Erwärmung. Ihre Erkenntnisse haben Bauer und Bobisch soeben in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Ihre Forschung wird unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Originalpublikation: Bauer, S. and Bobisch, C. A. Nanoscale electron transport at the surface of a topological insulator. Nat. Commun. 7:11381 doi: 10.1038/ncomms11381 (2016). DOI: 10.1038/NCOMMS11381 Weitere Informationen: Dr. Christian Bobisch, 0203 379-2558, christian.bobisch@uni-due.de Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Nannen neu im Direktorium

    20th April 2016, Wechsel in der NETZ-Spitze


    Prof. Dr. Angelika Heinzel (l.) und Dr.-Ing. Ekaterina Nannen
    „Das NanoEnergieTechnikZentrum hat sich etabliert und läuft. Deshalb übergebe ich den Staffelstab gern an diejenigen, die hier täglich forschen.“ So beschreibt Prof. Dr. Angelika Heinzel ihren Rückzug aus dem Direktorium des NanoEnergieTechnikZentrums (NETZ). Ihre Aufgaben übernimmt künftig Dr.-Ing. Ekaterina Nannen. „Mittlerweile bin ich seit über zwei Jahren Teil der NETZ-Gemeinschaft. Daher halte ich es für selbstverständlich, mich nun auch in Planungen und Entscheidungen einzubringen. Dabei sehe ich mich besonders als Vertreterin des wissenschaftlichen Nachwuchses“, berichtet Nannen. Die 33-Jährige hat an der UDE Elektro- und Informationstechnik studiert und leitet die Nachwuchsgruppe „Solid State Lighting“ in Kooperation mit der OSRAM AG im NETZ. Gleichzeitig mit dem personellen Wechsel hat sich der Name von „NETZ-Koordinierungsrat“ in „NETZ-Direktorium“ geändert, um den Übergang von der Aufbauphase hin zum etablierten Forschungszentrum mit eigener Verwaltungs- und Benutzungsordnung zu markieren. Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Tiefe Einblicke in die Nanowelt

    20th April 2016, ICAN auf der internationalen Leitmesse analytica

    Sie machen kleinste Dimensionen sichtbar und erlauben eine umfassende Analyse neuer Nanomaterialien für innovative Anwendungen: Die hochauflösenden Mikroskope des Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) an der Universität Duisburg-Essen (UDE) bieten Forschern und Kooperationspartnern die Möglichkeit, verschiedenste Materialien mit den jeweils am besten geeigneten Methoden zu analysieren. Vom 10. bis zum 13. Mai präsentiert sich ICAN auf der diesjährigen internationalen Fachmesse analytica in Halle A3 an Stand 436-1. Gut abgeschirmt, im Keller des modernen Forschungsbaus NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg, stehen fünf aufeinander abgestimmte Mikroskopietechniken, die hochauflösende Analysen bis in den atomaren Bereich ermöglichen. Mit diesen Geräten werden sowohl statische Momentaufnahmen der Materialstruktur und -eigenschaften analysiert als auch dynamische Prozesse auf der Nanometerskala beobachtet. Zusammen mit den umfangreichen Synthese- und Verarbeitungsverfahren im NETZ ist es damit möglich, maßgeschneiderte Nanomaterialien mit definierten Eigenschaften gezielt herzustellen. Zum Beispiel neuartige Hybridmaterialien auf der Basis von Silicium/Kohlenstoff und Metall/Halbleiteroxiden für Anwendungen in der Batterietechnik und Katalyse. Dabei bietet ICAN als Gerätezentrum der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) nicht nur hochmoderne zentrale Analytik im Wert von insgesamt fast 6 Mio. Euro, sondern bündelt auch Methoden und umfangreiche fachliche Kompetenz an der UDE insgesamt. „Jedes der Mikroskope bietet schon einzigartige Möglichkeiten in der Oberflächen- und Nanoanalytik“, erklärt Prof. Dr. Nils Hartmann, Leiter des Zentrums. „Doch erst zusammen erlauben sie tiefe Einblicke in den atomaren Aufbau der Nanomaterialien und ermöglichen, die Prozessierung und Struktur der Nanomaterialien zu optimieren und die zugrundeliegenden Mechanismen und resultierenden Materialeigenschaften noch besser zu verstehen.“ Im NETZ wurden für die empfindlichen Geräte direkt neben den Syntheseanlagen zur Herstellung funktionaler Nanopartikel speziell ausgestattete, klimatisierte Labore eingerichtet, um störungsfreie Messungen zu ermöglichen. Finanziert wurde diese besondere Gerätekombination und Infrastruktur vom Bund und vom Land NRW. Konkret handelt es sich um: Ein hochauflösendes, aberrationskorrigiertes Transmissions-Elektronenmikroskop (Cs-korrigiertes TEM) für die morphologische, chemische und strukturelle Charakterisierung auf der atomaren Längenskala Ein Mikrofokus-Röntgen-Photoelektronen-Spektrometer (Mikrofokus-XPS) zur Analyse der chemischen Zusammensetzung und Struktur und der Bindungskonfiguration der Elemente, z. B. des Oxidationsgrads Ein Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometer (TOF-SIMS), um detaillierte Tiefenprofilanalysen und 3D-Analysen der chemischen Zusammensetzung mit einer Empfindlichkeit im ppm-Bereich durchzuführen Ein Raster-Auger-Elektronenmikroskop (SAM) zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen mit höchster lateraler Auflösung bis in den Sub-10-nm-Bereich und zur schnellen Charakterisierung einzelner Nanostrukturen Ein Rasterkraftmikroskop/Rastersondenmikroskop (AFM/SPM) zur Vermessung von Oberflächenstruktur, -topographie und -morphologie sowie zur lateral aufgelösten quantitativen Untersuchung von chemischen, mechanischen und elektrischen/elektronischen Oberflächeneigenschaften Die analytica ist die wichtigste internationale Fachmesse für Analytik, Labortechnik und Biotechnologie und findet alle zwei Jahre statt. Mit rund 1.000 Ausstellern und 35.000 Besuchern ist sie wichtigster Branchentreff und vereint das komplette Themenspektrum in Industrie und Forschung. Während der parallelen wissenschaftlichen Tagung diskutieren weltweit führende Experten über den aktuellen Stand der anwendungsorientierten Forschung sowie über die Entwicklung analytischer Verfahren in Chemie, Diagnostik, Molekularer Biologie und Biochemie. Ihr Ansprechpartner an Stand 436-1 in Halle A3 sowie für weitere Informationen: Prof. Dr. Nils Hartmann Tel. 0203/ 379-8033 nils.hartmann@uni-due.de Redaktion: Steffi Nickol, 0203/ 379-8177, steffi.nickol@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/cenide/ican/

  • Partikel aus der Flamme

    4th April 2016, UDE koordiniert neues Schwerpunktprogramm

    Man findet sie zum Beispiel in Batterien von Smartphones und in Katalysatoren: Nanomaterialien mit definierten Eigenschaften sind in der Industrie gefragt. Doch bisher ist ihre großtechnische Herstellung schwierig. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat daher ein neues Schwerpunktprogramm zum Thema „Nanopartikelsynthese in Sprayflammen“ eingerichtet. Koordiniert wird es von Prof. Dr. Christof Schulz von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Die Größe eines Nanopartikels verhält sich zu einem Fußball so wie der Fußball zu unserer Erde. Materialien, die aus diesen winzigen Teilchen bestehen, haben besondere Eigenschaften, die man sich zum Beispiel in der Medizin und Industrie zunutze machen will. Es gibt verschiedene Methoden, mit denen sich Nanopartikel für den industriellen Einsatz herstellen lassen. Bei der so genannten Sprayflammensynthese wird eine Lösung, die alle nötigen Ausgangsstoffe enthält, zerstäubt und in eine Flamme geleitet. Auf diese Weise lassen sich sehr viele hochreine Nanomaterialien aus verschiedenen chemischen Elementen produzieren. Der ganze Prozess ist jedoch noch nicht ausreichend verstanden. Daher ist das Verfahren bisher kaum im industriellen Maßstab umgesetzt, denn bisher sind dafür teure Spezialchemikalien und Lösungsmittel nötig. „In den letzten Jahren hat sich sehr viel getan, was Analyse- und Messmethoden angeht – allerdings entweder in der Chemie, der Physik oder in den Ingenieurwissenschaften“, erklärt Prof. Dr. Christof Schulz. Er ist Direktor des NanoEnergieTechnikZentrums (NETZ) an der UDE und koordiniert das neue Schwerpunktprogramm. „Das wollen wir nun zusammenfassen und im Idealfall den ganzen Erzeugungsprozess Schritt für Schritt verstehen.“ Die Grundlage hierfür liefern Messungen direkt im Experiment sowie theoretische Simulationen. Dabei spielt im NETZ die Syntheseanlage zur Herstellung von Nanopartikeln eine entscheidende Rolle: Die drei Stockwerke hohe Apparatur kann Nanomaterialien in großen Mengen von bis zu 1 kg pro Stunde herstellen und damit realistische Daten für die Entwicklung von Verfahren im industriellen Maßstab liefern – zum Beispiel auch im Hinblick auf günstigere Ausgangsmaterialien. „Nanopartikelsynthese in Sprayflammen (SpraySyn): Messung, Simulation, Prozesse“ ist eines von 17 neuen Schwerpunktprogrammen der DFG, die 2017 ihre Arbeit aufnehmen. Sie wurden aus 76 eingereichten Initiativen ausgewählt. Weitere Informationen: Prof. Dr. Christof Schulz NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) 0203/379-8163 christof.schulz@uni-due.de Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Materials Chain Conference

    31st March 2016, Register until May 10 2016

    Online registration for the international conference 'The Materials Chain: From Discovery to Production' at Bochum (May 29-June 3 2016) is now open until May 10.

    The conference provides a platform for connecting across boundaries – from basic research on materials to applied technologies, from the fundamental description of materials on the atomic scale to the properties of technical components and their manufacturing.

    Conference fee is € 100 for students (including PhD students) and € 250 for all other participants.

    Please follow the link below to start the registration.

    http://materials-chain.com/mcic2016/registration/

  • Die Zukunft solarer Brennstoffe

    30th March 2016, Manfred-Eigen-Gespräche 2016


    Vom 6. bis zum 8. April finden in Mülheim und Duisburg die Manfred-Eigen-Gespräche (MEG) statt. Das Thema der Konferenz, die sich an Nachwuchswissenschaftler kurz vor oder nach ihrer Promotion richtet, lautet „Physikalische Chemie der Katalyse Solarer Brennstoffe“. Die Veranstaltung wird unter anderem von CENIDE gefördert. Der Fokus der MEG, dem zentralen Instrument der Nachwuchsförderung der Deutschen Bunsengesellschaft, sind die elementaren physikalisch-chemischen Prozesse der Solarenergieumwandlung, wie sie z.B. für die lichtgetriebene Wasserspaltung, CO2-Aktivierung und die Synthese von flüssigen, CO2-neutralen Brennstoffen relevant sind. Die dreitägige Veranstaltung ist in fünf Themenblöcke aufgeteilt: „Allgemeine Konzepte der Herstellung solarer Brennstoffe“, „Materialien und Grenzflächen“, „Halbleiterphysik und Elektrokatalyse“, „Modellierung“ sowie „Spektroskopie elementarer Prozesse“. Ergänzt werden die Vorträge durch zwei Diskussionsrunden sowie Workshops in kleinen, themenbezogenen Gruppen. Die MEG haben zum Ziel, international anerkannte Experten auf dem Gebiet der solaren Brennstoffe mit jungen europäischen Wissenschaftlern zusammenzubringen und Diskussionen unter ihnen anzustoßen. Veranstaltungsort ist das Mülheimer Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion (MPI-CEC) in Mülheim, die Posterpräsentation findet im NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) in Duisburg statt. Vorsitzender der MEG 2016 ist Professor Dr. Robert Schlögl, Direktor des MPI-CEC. Die Manfred-Eigen-Gespräch 2016 werden vorrangig gefördert von der Deutschen Bunsengesellschaft, dem Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion, dem Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) und dem Fonds der Chemischen Industrie (FCI). Weitere Informationen: Dr. Jennifer Strunk 0203 379-8235 meg2016@cec.mpg.de Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Wie kleine Magnete entspannen

    16th March 2016, UDE-Veröffentlichung in „Nano Letters“

    Magnetische Nanopartikel sind wahre Allrounder: Man verwendet sie zum Beispiel in der Krebstherapie, in Lautsprechern oder in Stoßdämpfern. Doch so verschiedene Anwendungen erfordern möglichst genau eingestellte Materialeigenschaften. Forscher um Professor Heiko Wende vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben nun analysiert, wie solche Partikel relaxen, und ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ veröffentlicht. Magnetische Nanopartikel kann man sich vorstellen wie kleine Kompasse: Ihre Magnetisierung hat eine Richtung, sodass es einen Nord- und einen Südpol gibt. Legt man ein magnetisches Feld an, kann man die Partikel parallel ausrichten. Das macht man sich unter anderem in der Datenspeicherung zunutze. Wird das Feld abgeschaltet, verliert sich diese gemeinsame Ausrichtung mit der Zeit wieder. Dieser Effekt wird „Relaxation“ genannt, also Entspannung. Bei Nanopartikeln in Flüssigkeiten kann dies auf zwei Arten geschehen: Zum einen über die Brownsche Bewegung, bei der die ganzen Partikel sich im Medium bewegen. Bei sehr kleinen Teilchen von unter 30 Nanometern gibt es eine zweite Variante, die Néel-Relaxation. Hier richtet sich nur die Magnetisierung der Partikel neu aus. Ändert man nun beispielsweise die Temperatur oder das Magnetfeld, wirkt sich das auf beide Varianten unterschiedlich aus. Weiß man daher um die Art der Relaxation, so weiß man auch, wie man die Umgebungsbedingungen verändern muss, um das gewünschte Materialverhalten zu erreichen. Bislang sind meist umständliche Vorbereitungen nötig, um die beiden Prozesse einzeln zu untersuchen. Zur Messung der Néel-Relaxation werden die Proben beispielsweise getrocknet und sind anschließend für die weitere Anwendung oft nicht mehr zu gebrauchen. Mittels Mößbauerspektroskopie, einem physikalischen Analyseverfahren, haben die beiden Physiker Joachim Landers und Soma Salamon nun beide Prozesse simultan untersuchen können – ohne die Probe auch nur vorzubehandeln oder gar zu zerstören. Für das Projekt haben die Forscher der UDE innerhalb des Schwerpunktprogrammes 1681 der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit Kollegen der Technischen Universität Braunschweig zusammengearbeitet. Originalpublikation: Landers, J. et al. Simultaneous Study of Brownian and Néel Relaxation Phenomena in Ferrofluids by Mössbauer Spectroscopy. Nano Letters 2016 16 (2), 1150-1155 DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04409 Weitere Informationen: Joachim Landers, Fakultät für Physik, 0203 379-2384,joachim.landers@uni-due.de Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Smarte Teilchen

    11th March 2016, Prof. Dr. André Gröschel ist neu an der UDE


    Prof. Dr. André Gröschel, Foto: UDE/Frank Preuß
    Nanogroße Kunststoffteilchen, die sich selbstständig zu komplexen Gebilden zusammenfinden – durch Dr. André H. Gröschels (34) Forschung könnte das möglich werden. Als neuer Juniorprofessor für Kolloid- und Grenzflächenchemie an der Fakultät für Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE) wird er u.a. die Synthese von Nanomaterialien optimieren. Die Einrichtung der Professur geht auf eine Stiftung der Evonik Industries AG zurück. Gröschel studierte Chemie an der Universität Bayreuth (2001 bis 2007). Nach seiner Promotion (2012) forschte er bis 2015 an der finnischen Aalto-Universität. Dort untersuchte er, wie sich molekulare Materialien hierarchisch zu größeren Einheiten zusammensetzen (Selbstassemblierung). Enge Kontakte pflegt er zudem mit Wissenschaftlern in Cambridge, Helsinki und Sydney. Im neuen Syntheselabor wird Professor Gröschel erforschen, wie sich die Nanobausteine dazu bringen lassen, sich immer neu zu einer vorprogrammierten größeren Einheit zu formieren, dass sie bestimmte Aufgaben erfüllen. Denkbar wären etwa die zielgenaue Abgabe von Medikamenten im Körper oder photonische Kristalle, die in der Lasertechnik benötigt werden. Hierzu wird er Hybridmaterialien neu kombinieren. Weitere Informationen: Prof. Dr. André H. Gröschel, Physikalische Chemie, andre.groeschel@uni-due.de, Tel. 0201/183-2927 Redaktion: Alexandra Nießen, Tel. 0203/379-1487
  • Licht auf der Kreisbahn

    9th March 2016, Veröffentlichung in „Nature – Scientific Reports“


    Darstellung der verschiedenen Lichtwege in den Kugeln. (Quelle: Braam, D. et al., Sci. Rep. 6, 19635 (2016).)
    Sie zwingen Licht, im Kreis zu laufen und können damit Größenänderungen von nur 4 Nanometern messen: Physiker aus der Arbeitsgruppe von Professor Axel Lorke vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Eigenschaften leuchtender Mikrokugeln untersucht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in „Nature – Scientific Reports“. Zuerst entdeckt wurde das Phänomen in der Akustik: Lord Rayleigh bemerkte um das Jahr 1878, dass in der Kuppel der Londoner Kathedrale St. Paul’s Flüstern entlang der ganzen Rundgalerie zu hören war – selbst auf der anderen, 34 Meter entfernten Seite. Diese besonderen Schallwellen, genannt „Whispering Gallery Waves“, bewegen sich ausschließlich an der Wand entlang. Dieser Effekt lässt sich auch mit Licht beobachten: Der UDE-Physiker Daniel Braam erhielt nahezu perfekt runde Mikrokugeln aus der Arbeitsgruppe von Professor Yohei Yamamoto von der Universität Tsukuba in Japan. Die Wissenschaftler verwendeten hierzu erstmals ein selbst leuchtendes Polymer, welches das Licht im Kugelinneren einschließt und auf eine Kreisbahn zwingt. Braam zerlegte dieses Licht in seine einzelnen Farben – das sogenannte Spektrum –, und konnte daraus Hinweise auf Formveränderungen der winzigen Kugeln ableiten. Setzte er die Kugeln beispielsweise Sauerstoff aus, verzerrten sie sich zu einer Form ähnlich einem amerikanischen Football. Das Lichtspektrum ist dabei so aussagekräftig, dass Braam darüber Abweichungen von nur 4 Nanometern erkennen kann. Multipliziert man diesen Wert mit 20.000, so erhält man die Dicke eines normalen Blattes Papier. Da es sich hierbei um Grundlagenforschung handelt, steht zunächst nicht die mögliche Anwendung im Vordergrund, sondern der Erkenntnisgewinn: „Wir erlauben uns den Luxus, etwas zu untersuchen, ohne direkt eine konkrete Anwendung im Sinn zu haben“, erklärt Braam. „Wie Röntgen, der die nach ihm benannten Strahlung zufällig entdeckte, während er mit Gasentladungsröhren experimentierte.“ Die gemeinsame Veröffentlichung ist ein weiterer Erfolg der Zusammenarbeit zwischen der Universität Duisburg-Essen und der Universität Tsukuba, die seit 2011 eng in den Nanowissenschaften zusammenarbeiten. Originalveröffentlichung: Braam, D. et al. Optically induced mode splitting in self-assembled, high quality-factor conjugated polymer microcavities. Sci. Rep. 6, 19635 DOI: 10.1038/srep19635 Weitere Informationen: Daniel Braam, 0203 379-3335, daniel.braam@uni-due.de Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Nanopartikel per Laser erzeugen

    2nd March 2016, ANGEL-Conference in Essen

    Vom 9. bis zum 12. Mai findet zum vierten Mal die „Conference on Advanced Nanoparticle Generation and Excitation by Lasers in Liquids“, kurz ANGEL, statt. Das Kernthema, über das sich die über 100 internationalen Teilnehmer erstmals in Deutschland austauschen, ist die Herstellung von Nanopartikel-Kolloiden per Laser sowie deren Anwendungspotenzial. Nanopartikel sind mittlerweile als Funktionselemente weit verbreitet – auf Oberflächen, im Innern von Bauteilen oder als Nanohybride. Das Anwendungsspektrum reicht dabei von der Biomedizin bis zur Energiewissenschaft. Ein alternativer Syntheseweg zur rein chemischen Synthese ist die Nanopartikelgenerierung per Laser in Flüssigkeiten. Auf diese Weise ist es möglich, ligandenfreie kolloidale Nanopartikelkomplexe herzustellen und zu konjugieren. Bei der alle zwei Jahre stattfindenden Konferenz diskutieren die Teilnehmer über die Mechanismen bei der Lasersynthese, die Materialvielfalt der Methode und deren Anwendungspotenzial. Gefördert wird die Veranstaltung in Essen unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und vom Fonds der Chemischen Industrie. Anmeldung hier. Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing- Stephan Barcikowski 0201 183-3150 stephan.barcikowski@uni-due.de http://angel-conference.org Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Wissenschaftsministerium startet Förderwettbewerb

    11th February 2016, Thermoelektrische Generatoren

    Am 11. Februar 2016 lädt das Wissenschaftsministerium NRW zur Kick-Off-Veranstaltung des Förderwettbewerbs "Fortschritt, der beim Menschen ankommt – Abwärmenutzung mit Thermoelektrischen Generatoren in der industriellen Praxis". Eine der Vortragenden ist CENIDE-Mitglied Dr. Gabi Schierning. Gerade für das Industrieland NRW birgt eine Vernetzung von Wärmeerzeugung und -nutzung großes Potenzial. In der Großindustrie, aber auch beim mittleren und Kleingewerbe fallen große Mengen an Wärme an, die bisher einfach an die Atmosphäre abgegeben werden. Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind in der Lage, diese Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Das ist nicht nur effizient, sondern dient auch dem Klimaschutz. In der Luft- und Raumfahrt wird diese Technologie seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. In anderen Industriezweigen sind TEG dagegen bislang noch nicht sehr verbreitet. Hier setzt der Förderwettbewerb "Fortschritt, der beim Menschen ankommt – Abwärmenutzung mit Thermoelektrischen Generatoren in der industriellen Praxis" an. Pünktlich zum Start des Wettbewerbs lädt das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen gemeinsam mit dem Cluster NanoMikroWerkstoffePhotonik.NRW zu einer Auftaktveranstaltung ein. Vertreterinnen und Vertreter aus Forschung und Wirtschaft berichten in kurzen Vorträgen über den Stand der Wissenschaft, der technologischen Entwicklung sowie über Anwendungsbeispiele aus der Industrie. Veranstaltungsort: Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, Völklinger Straße 49, 40221 Düsseldorf Beginn: 11. Februar 2016, 15 Uhr

    http://www.wissenschaft.nrw.de/?id=1030

  • Molekulare Muster stricken

    9th February 2016, Veröffentlichung in NanoLetters


    Das Bild zeigt die beiden Phasen von Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Kupfer (Cu), aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Der Bildausschnitt zeigt eine Fläche von 6 x 6 nm; es sind einzelne Moleküle zu erkennen.
    Es sind Bilder aus dem Mikroskop, und doch sehen sie aus wie aus dem Handarbeitsheft: Im einen Moment erscheint ein Perlmuster, im nächsten ein Lochmuster. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Professor Rolf Möller vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) können mit atomarer Präzision Muster auf Oberflächen schreiben. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift NanoLetters. Das Phänomen nennt sich „Phasenübergang“ und begegnet uns im Alltag regelmäßig: Als Wasser, das aus dem Kochtopf verdampft oder auch in Form von Schokoladeneis, das uns in der Sommerhitze über die Hand läuft. Wissenschaftler um die beiden Physiker Ben Wortmann und Dr. Christian Bobisch haben nun erstmals ganze Oberflächenbereiche einer Probe nach Belieben zwischen den Phasen hin- und hergeschaltet und den Vorgang in Echtzeit beobachtet. Ihre Probe bestand aus einer Unterlage aus Kupfer und einer darauf liegenden geschlossenen Lage aus Kohlenstoffmonoxid-Molekülen. Mit der feinen metallischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops sind die Forscher in der Lage, elektrische Felder an die Probe anzulegen und so ganze Flächen innerhalb von Sekundenbruchteilen umzuschalten – beliebig häufig und im Gegensatz zu einer Handarbeit in einem einzigen Schritt. Die Bilder dazu sind so hoch aufgelöst, dass auch ein Laie einzelne Moleküle erkennen kann, die wie Maschen in einem winzigen Strickmuster erscheinen. Die Entdeckung von Wortmann und Bobisch schließt eine Lücke: Gegenwärtig werden elektronische Bauteile immer kleiner, und sogar einzelne Atome oder Moleküle werden bereits als Schalter diskutiert. Aber es ist technisch sehr aufwendig und daher in großem Maßstab kaum umzusetzen, einzelne Moleküle zu manipulieren. Indem man aber – wie hier geschehen – gezielt scharf umrissene Bereiche schaltet, die nur eine Moleküllage dick sind, wird die Kombination aus miniaturisierten Bauteilen und einfacher Bedienung realistischer. Originalpublikation: Nano Lett., 2016, 16 (1), pp 528–533 DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04174 Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • Kooperation ausbauen

    1st February 2016, Zweite gemeinsame Sitzung der UA Ruhr Senate


    Die versammelten Mitglieder der UA Ruhr-Senate
    Künftig noch enger zusammenarbeiten und voneinander zu lernen, um überregional mehr Stärke zu entwickeln, ist das Ziel der Senatsmitglieder der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr), die sich jetzt zu ihrer zweiten Sitzung an der Universität Duisburg-Essen (UDE) trafen. Besprechungsthemen waren der gemeinsame Kurs in Forschung, Lehre und Nachhaltigkeit. In der UA Ruhr arbeiten die Ruhr-Universität Bochum (RUB), die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen (UDE) strategisch eng zusammen, um die räumliche Nähe im Sinne der Studierenden und der Forschung zu nutzen und dem Wissenschaftsraum Ruhrgebiet zu nationaler und internationaler Sichtbarkeit zu verhelfen. Wie weit sich die UA Ruhr in den verschiedenen Feldern bereits entwickelt hat, stellte der Koordinator Dr. Hans Stallmann vor. Die einzelnen Bausteine der UA Ruhr-Forschungsstrategie, von ersten Initiativen bis hin zu Profilschwerpunkten, erläuterte Prof. Dr. Andreas Ostendorf, Prorektor für Forschung an der RUB. Die Prorektorin für Lehre an der UDE, Prof. Dr. Isabell van Ackeren, beschrieb die verschiedenen Wege, den Bildungsraum Ruhr mit Leben zu erfüllen – sei es über gemeinsame Masterstudiengänge oder übergreifende eLearning-Plattformen. Recyclingpapier, Klimasteuerung, Fahrradverleih: Wie das Querschnittsthema Nachhaltigkeit, dem sich die Universitäten nach dem Willen des Landes-Gesetzgebers widmen sollen, an den beteiligten Universität vorangebracht wird und welche Hemmnisse vor allem im baulichen Bereich bestehen, beleuchteten die Beauftragten im Verbund mit weiteren Universitätsangehörigen. Der Akademische Senat ist ein Selbstverwaltungsorgan, das die Ordnungen der Universität beschließt und der das Rektorat berät. Im Rahmen der Hochschulentwicklungsplanung kann der Senat Empfehlungen aussprechen und Stellungnahmen abgeben u.a. zu Studiengängen, Forschungsschwerpunkten oder auch Grundsätze aufstellen für Studien-, Prüfungs- und Promotionsordnungen der Fakultäten. Seit 2007 arbeiten die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen in der UA Ruhr strategisch eng zusammen. Durch Bündelung der Kräfte werden die Leistungen der drei Partneruniversitäten ausgebaut. Unter dem Motto „gemeinsam besser" gibt es inzwischen über 100 Kooperationen in Forschung, Lehre und Verwaltung. Mit mehr als 110.000 Studierenden und nahezu 1.300 Professorinnen und Professoren gehört die UA Ruhr zu den größten und leistungsstärksten Wissenschaftsstandorten Deutschlands. Weitere Informationen: Dr. Hans Stallmann, Koordinator der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr), Tel. 0234/32-27892, hans.stallmann@uaruhr.de Redaktion: Beate H. Kostka, beate.kostka@uni-due.de, Tel. 0203/379-2430
  • Die Zukunft der Datenübertragung

    28th January 2016, Prof. Bowers spricht als Scientist in Residence

    Einen hochrangigen Gast kann die Universität Duisburg-Essen (UDE) am 28. Januar zu einem öffentlichen Vortrag begrüßen: Prof. John E. Bowers reist eigens von der University of California an. Der Direktor des Instituts für Energieeffizienz wird in englischer Sprache über die Zukunft der integrierten Photonik sprechen (Beginn: 18 Uhr, Anmeldung unter https://www.uni-due.de/de/scientist/). Als Scientist in Residence wird Prof. Bowers auch mit Fachkollegen an der UDE zusammentreffen, die gerade erneut einen Weltrekord bei der optischen Funkübertragung (Mikrowellen-Photonik) aufgestellt haben. Dem Forschungsteam am Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) gelang erneut ein Durchbruch, der den Ausbau zukünftiger 5G-Mobilfunknetze vereinfachen könnte. Sie entwickelten zusammen mit europäischen und amerikanischen Partnern neue Technologien, die eine besonders effiziente Übertragung auch bei höchsten Funkfrequenzen ermöglichen. 5G liefert Architekturen und Standards für die Kommunikationsinfrastrukturen des kommenden Jahrzehnts. Diese neuartigen Technologien sollen u.a. im Verkehr, in der Bildung oder auch in der Unterhaltung und den Medien eingesetzt werden. Die ersten 5G-Netze könnten ab 2020 marktreif sein und haben neben einer deutlich größeren Kapazität weitere Vorteile, wie extrem verlässliche Verbindungen und eine äußerst kurze Reaktionszeit. Prof. Andreas Stöhr: „Das herausragende an unseren Experimenten ist die hohe spektrale Effizienz, mit deren Hilfe extrem viele Bits pro Sekunde in eine vorgegebene Funkkanalbreite ‚gepresst‘ werden können.“ Dies ist deshalb so interessant, weil weltweit bei niedrigeren Funkfrequenzen nur sehr kleine Funkkanalbreiten von wenigen 10 MHz eingesetzt werden dürfen. Anders ist dies beim 60-GHz-Band: Hier darf ein Funkkanal mit einer Breite von einem GHz und mehr genutzt werden. So können die Netzbetreiber künftig deutlich mehr Daten in gleicher Zeit übertragen. Möglich wurde dies durch neu entwickelte photonische Funktransmitter und Systemarchitekturen. Trotz dieses Durchbruchs treibt es Prof. Stöhr zu immer neuen Höhenflügen: „Unser nächstes Ziel ist, in noch viel höhere Funkfrequenzen im Terahertz-Bereich, also oberhalb von 300 GHz, vorzudringen, wo es noch viel größere Funkkanalbreiten gibt. Pro Kanal können dort voraussichtlich bis zu 100 Gigabit pro Sekunde effizient funkgestützt übertragen werden.“ Weitere Informationen: Prof. Dr. Andreas Stöhr, Optoelektronik, andreas.stoehr@uni-due.de, Tel. 0203/379-2825 Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, 0172/2365-379, beate.kostka@uni-due.de

    https://www.uni-due.de/de/scientist/

  • Kleinste Teilchen und die Umwelt

    27th January 2016, Nano-FASE-Projekt

    Immer mehr nanotechnisch veränderte Produkte kommen auf den Markt. Denn sie haben bessere Eigenschaften, sind effizienter, vielseitiger, haltbarer oder leichter. Doch wie lassen sich Nanopartikel- Emissionen kontrollieren, und was passiert, wenn sie sich in der Umwelt einlagern? Damit befasst sich das Nano- FASE-Projekt, an dem weltweit 41 Partner aus Forschung, Industrie und Behörden arbeiten. Geleitet wird es vom Institut für Energie und Umwelttechnik (IUTA) sowie von CENIDE. Dafür fließen in den nächsten vier Jahren 9,9 Millionen Euro aus dem EU-Programm Horizont 2020. Die Verbundpartner wollen Methoden und Modelle entwickeln, mit denen das Verhalten und der Verbleib von Nanomaterialien modelliert und beurteilt werden können – und zwar über die bisherigen technischen Messgrenzen hinaus. Dabei helfen beispielsweise chemische Modelle für den luftgetragenen Transport. „Dadurch können wir etwa photochemische Reaktionen von Titandioxid in der Luft identifizieren“, sagt Dr. Thomas Kuhlbusch vom IUTA. Außerdem können frühzeitig Zonen erkannt werden, in denen sich Nanomaterialien anreichern, zum Beispiel in den oberen Bodenschichten. (sn)

    http://cordis.europa.eu/project/rcn/197194_en

  • Schnellster und bester Laser weltweit

    27th January 2016, Neues Lasersystem für die Technische Chemie I


    Ein Foto des Lasersystems während der Synthese eines Goldkolloids. Foto: UDE/Bilal Gökce
    Ein Laserstrahl fällt in kurzen Pulsen auf ein Plättchen, das in einer Flüssigkeit liegt, und sprengt winzigste Partikel aus dem Feststoff heraus. Dieses Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln nennt sich Laserablation. Es dient dazu, hochreine Partikel herzustellen, deren Oberfläche keine Ablagerungen oder Verunreinigungen aufweist, wie es bei anderen Synthesemethoden der Fall ist. Zudem benötigen die so hergestellten Partikel keine zusätzlichen und potenziell bedenklichen Stabilisatoren und eignen sich daher ideal für Anwendungen in High‐Tech‐Systemen genauso wie für den Einsatz in der Medizin. Doch bislang werden die hochreinen Partikel längst nicht so umfassend verwendet, wie man es bei den aufgezählten Vorteilen vermuten könnte. Das liegt daran, dass klassische Laser nur begrenzte Mengen von einigen Milligramm pro Stunde produzieren können. Hier kommt der neue Laser von Prof. Barcikowski ins Spiel: Gerade einmal zwei Pikosekunden dauern seine Pulse, das sind 0,000.000.000.002 Sekunden. Das ist so kurz, dass sie das Material trotz ihrer enormen Energie kaum erwärmen und somit auch für hitzeempfindliche Biomoleküle geeignet sind. Doch mit diesen Eigenschaften allein lässt sich die Produktivität noch nicht steigern, dazu ist zudem eine enorm hohe Pulsfrequenz nötig, über die der Laser mit 40 Millionen Pulse pro Sekunde ebenfalls verfügt, und natürlich eine hohe Leistung über einen längeren Zeitraum (ca. 500 W). Dabei gibt es eine Herausforderung, für die das neue Gerät jedoch maßgeschneidert ist: Immer wenn ein Laserpuls auf das Plättchen trifft, bildet sich um die Einschlagstelle eine sogenannte Kavitationsblase aus Dampf, die den nächsten Schuss abfangen würde, träfe er auf die gleiche Stelle. Daher verfügt der Laser über ein ausgeklügeltes Spiegelsystem, das jeden Puls automatisch das Zwanzigfache seines eigenen Durchmessers entfernt von seinem Vorgänger setzt. Dabei erreicht der Laserstrahl eine Geschwindigkeit von rund 1800 km/h und fährt dennoch gleichmäßig wie auf Schienen über das Plättchen. „Dieses maßgeschneiderte Lasersystem verbessert unsere Ausbeute an reinen Nanopartikeln um ein Vielfaches“, erklärt Prof. Barcikowski. „Die Kombination aus ultrakurzen Pulsen bei hoher mittlerer Leistung und der hohen Geschwindigkeit des Laserstrahls erlaubt es uns, einige Gramm pro Stunde herzustellen.“ Erst dadurch wird es möglich, Forschungsobjekte, in denen Nanostrukturen essenzielle Funktionen übernehmen, in die Anwendung zu überführen: Beispielsweise zentrale Venenkatheter, die mit antibakteriell wirkenden Silbernanopartikeln beschichtet sind, Nanostrukturen, die in ihrem Innern gezielt Wirkstoffe in Tumore einbringen können oder – in einer ganz anderen Branche – Katalysatoren mit hoch leistungsfähigem Nanomaterial. „Die Bandbreite der heute längst nicht ausgeschöpften Anwendungsmöglichkeiten zeigt deutlich, welchen Fortschritt unser neues Lasersystem bedeutet“, resümiert Barcikowski. Weitere Informationen: Dr. Bilal Gökce, Tel. 0201 183‐3146, bilal.goekce@uni‐due.de Redaktion: Birte Vierjahn, CENIDE, Tel. 0203 379‐8176, birte.vierjahn@uni‐due.de
  • Neue Hochleistungsmaterialien für Turbinenschaufeln

    7th December 2015, Die DFG fördert den Sonderforschungsbereich/TR 103 mit rund 10 Millionen


    Einblick in die Struktur des Werkstoffs: Würfelförmige Ausscheidungsteilchen in einer einkristallinen Nickel-Basis-Superlegierung.
    © Aleksander Kostka

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den Sonderforschungsbereich/Transregio 103 für weitere vier Jahre. Ab 1. Januar 2016 fließen rund 10 Millionen Euro in das Projekt, dessen Sprecher Prof. Dr. Gunther Eggeler von der Ruhr-Universität Bochum ist. Die Materialwissenschaftler arbeiten an neuen hochleistungsfähigen Werkstoffen für Gasturbinen.

    In enger Zusammenarbeit mit der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen und weiteren deutschen Partnern entwickeln die Bochumer Forscher einkristalline Superlegierungen auf der Basis der Elemente Nickel und Cobalt. Dabei handelt es sich um metallische Werkstoffe mit komplexer Zusammensetzung, deren Atome ein durchgehend einheitliches Kristallgitter bilden. Die Legierungen können besonders hohen Temperaturen standhalten und sind damit Schlüsselwerkstoffe für die Luftfahrt und Energieversorgung.

    http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/meldung/2015/12/meld03066.html.de

  • Eine Keimzelle für den Nachwuchs

    6th December 2015, Graduiertenschule der UA Ruhr zieht positive Zwischenbilanz

    Sie ist eine Keimzelle für den wissenschaftlichen Nachwuchs und ein anschauliches Beispiel für die tief greifende Vernetzung der drei großen Universitäten an der Ruhr: Die Graduiertenschule Simulation-based Microstructure Design, kurz SiMiDe, hat sich nach zwei Jahren als Bindeglied im Profilschwerpunkt Materials Chain der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) etabliert. Unter diesem Dach werden die laufenden Doktorarbeiten von rund 30 Nachwuchsforschern aus der Ruhr-Universität Bochum, der TU Dortmund und der Universität Duisburg-Essen im Bereich der Werkstoffsimulation koordiniert. Der Aufbau von SiMiDe wurde mit rund 200.000 Euro vom Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) gefördert.

    Nach den ersten zwei Jahren ziehen die Initiatoren um Prof. Alexander Hartmaier eine positive Zwischenbilanz. „Die Graduiertenschule ist im Bereich Modellierung und Simulierung die Nachwuchsschmiede unseres Schwerpunkts Materials Chain geworden“, so Hartmaier, „damit legen wir den Grundstein für die zukünftige Entwicklung auf diesem Gebiet und in dieser Region.“ Mit dem Auslaufen der Anschubfinanzierung durch MERCUR im Sommer dieses Jahres wollen Prof. Hartmaier und seine Partner nun erhebliche Anstrengungen unternehmen, um die Graduiertenschule dauerhaft fortzuführen. Sie wollen damit zugleich ein Zeichen für weitere Initiativen dieser Art innerhalb der UA Ruhr setzen. Die Federführung in der Graduiertenschule liegt bei Prof. Dr. Alexander Hartmaier vom Interdisciplinary Centre of Advanced Materials Simulation – ICAMS – an der RUB. Er leitet die Doktorandenbetreuung zusammen mit Prof. Dr.-Ing. Andreas Menzel an der Technischen Universität Dortmund (Fakultät Maschinenbau, Institut für Mechanik) und Prof. Dr.-Ing. Jörg Schröder an der Universität Duisburg-Essen (Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Institut für Mechanik). Über den Standort Ruhr hinaus kooperieren die Forscher mit der University of California, Berkeley, speziell mit den Fakultäten Mechanical Engineering, Civil Engineering sowie Materials Science and Engineering. Damit ermöglichen sie den Doktoranden auch einen internationalen Austausch.

    http://www.simide.de

  • Matching for new materials – Crossborder Conference

    1st December 2015, Bewerben Sie sich für eine Kurzpräsentation!

    Unter dem Motto "Matching for new materials" veranstalten das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen und das Niederländische Wirtschaftsministerium am 15. Februar 2016 eine Konferenz im Zeughaus Neuss, um die Grundlage für grenzüberschreitende Kontakte zu legen. Die eintägige Konferenz bietet ein vielfältiges Programm mit Fachvorträgen, einer kleinen Materialausstellung, einer grenzüberschreitenden Kooperationsbörse sowie zwei Workshoprunden zu den Themen "Materials for lightweight construction", "Materials for additive manufacturing" und "Materials for the biobased economy". Pro Workshop werden drei Präsentationen aus NRW ausgewählt. Erläutern Sie vor Fachpublikum Ihre innovative Idee oder Ihr Produkt bzw. Ihr Kooperationsvorhaben mit den Niederlanden, und suchen Sie vor Ort einen geeigneten niederländischen Partner. Eine Bewerbung ist bis zum 07. Dezember 2015 möglich.

    https://www.b2match.eu/nl-nrw2016

  • Dr. Dieter Weller als Gastwissenschaftler der AG Farle

    1st December 2015, Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung


    (c) Weller
    Dr. Dieter Weller (HGST, Western Digital und University of York, Großbritannien) ist mit dem Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet worden. Im kommenden Jahr wird er in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Michael Farle zu Gast sein. Dr. Dieter Weller ist ein international anerkannter Experte auf dem Gebiet der magnetischen Speichermedien und der Permanentmagnete. Mit seiner Forschung hat er erheblich zum detaillierten Verständnis makroskopischer Parameter – wie magnetischer Anisotropie und Magnetisierung – in neuartigen magnetischen Dünnschichtstrukturen beigetragen. Er war einer der ersten, die kolloidale Nanopartikel als einzelne magnetische Bits in Betracht zogen und damit den Weg zu Speicherdichten im Terrabit/inch2-Bereich ebneten. In die Arbeitsgruppe Farle wird Weller seine Expertise zur Synthese und zum besseren Verständnis eines neuartigen magnetischen Materials namens „MAX phases“ einbringen und mit den Kollegen an geeigneten Materialien für magnetische Kühlung forschen. Mit dem Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für ihr bisheriges Gesamtschaffen ausgezeichnet, deren grundlegende Entdeckungen, Erkenntnisse oder neue Theorien das eigene Fachgebiet nachhaltig geprägt haben und von denen auch in der Zukunft weitere Spitzenleistungen erwartet werden können. Die Preisträger dürfen selbst gewählte Forschungsvorhaben in Deutschland in Kooperation mit Fachkollegen für einen Zeitraum von bis zu einem Jahr durchführen. Der Preis ist mit 60.000 Euro dotiert.
  • Ein Physiker, dem 25.000 Menschen zuhören

    1st December 2015, „Humorvoll, unprätentiös und auf Augenhöhe“


    (c) Nicolas Wöhrl
    Er ist am Mikrofon so gut wie an der Plasmaanlage, kann Oberflächen aus Nanostrukturen entstehen lassen und Menschen von der Bühne aus zum Lachen bringen: Dr. Nicolas Wöhrl ist Physiker, Nanowissenschaftler und Mittler zwischen den Welten der Experten und der Laien. Am 2. Dezember spricht er auf dem Forum Wissenschaftskommunikation in Nürnberg. Am Mittwoch, 2. Dezember um 9 Uhr, heißt sein Thema: „Der kommunizierende Wissenschaftler – das (un)bekannte Wesen“. „Es gibt noch viel zu wenige Wissenschaftler, die aus Leidenschaft kommunizieren“, erklärt Wöhrl. „Ich selbst bin in dem Bereich ein absoluter Überzeugungstäter. Nicht nur auf Fachkongressen, sondern gerade bei populärwissenschaftlichen Science Slams oder anderen öffentlichen Vorträgen versuche ich, meine Faszination für meine Forschung und deren Zweck zu erklären.“ Das gelingt ihm offensichtlich, denn mittlerweile hat sein Podcast „methodisch inkorrekt“ rund 25.000 regelmäßige Zuhörer1. Wöhrl und sein Kollege Reinhard Remfort (Deutscher Meister im Science Slam 2013) sprechen hier für jeden verständlich alle zwei Wochen über neueste Erkenntnisse aus der Forschung und Erlebnisse im eigenen Labor – „humorvoll, unprätentiös und auf Augenhöhe“ benennen sie ihren Stil. Auch ein Experiment vor laufendem Mikrofon und Smartphone – für den Blog – ist immer dabei. Für das Forum Wissenschaftskommunikation schreibt Wöhrl derzeit als Gastblogger2. All das macht er neben seiner Arbeit in Labor und Büro. „Wissenschaft darf nicht in den Laboren bleiben“, ist Wöhrl überzeugt. „Nicht nur, weil die Forschung durch die Öffentlichkeit finanziert wird, sondern auch, weil die Sachen die wir tun einfach viel zu spannend sind, um nur im stillen Kämmerlein stattzufinden.“

    http://minkorrekt.de

  • MC researcher is 2017 Dana medalist

    26th November 2015, RUB researcher honoured

    Prof. Dr. Sumit Chakraborty from the Faculty of Geosciences at Ruhr-Universität Bochum will be awwarded with the Dana medal 2017.

    The Dana Medal recognizes sustained outstanding scientific contributions through original research by a mid-career scientist in the fields of mineralogy and petrology. The award will be presented at the 2016 AGU meeting in San Francisco.

    http://www.minsocam.org/msa/awards/Dana.html

  • Materialien, smart und wandelbar

    18th November 2015, Eine Dreiviertelmillion für erfolgreiche Forschung

    Funktionswerkstoffe sind wahre Multitalente. Sie stecken heute in vielen technischen Geräten – vom Auto bis zum Smartphone. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) setzt auf ihre Entwicklung. Für weitere drei Jahre unterstützt sie daher die Forschergruppe „Ferroische Funktionsmaterialien – Mehrskalige Modellierung und experimentelle Charakterisierung“ (FOR 1509). Dabei werden zwei Teilprojekte der Physiker und Ingenieure an der Universität Duisburg-Essen (UDE) mit über 750.000 Euro gefördert.

    Die beiden Koordinatoren, Prof. Dr. Jörg Schröder und Prof. Dr. Doru C. Lupascu, forschen gemeinsam mit Dr. Dominik Brands (Fakultät für Ingenieurwissenschaften) und Prof. Dr. Heiko Wende (Fakultät für Physik) an der UDE. Darüber hinaus sind weitere Kollegen an den Universitäten in Aachen, Darmstadt, Dortmund, Erlangen-Nürnberg, Kaiserslautern und Stuttgart beteiligt. Ihre Expertise umfasst eine große theoretische und experimentelle Bandbreite der gefragten Werkstoffklasse. Vier der sieben Teilprojekte sind hierbei an der UDE und der TU Dortmund verankert.

    Die vollständige Pressemitteilung findet sich unter:

    https://www.uni-due.de/de/presse/meldung.php?id=9173

  • From atoms to turbine blades – a scale bridging journey into the nanocosmos of a Ni-base superalloy

    17th November 2015, Video available at YouTube


    Video available here.
    The movie represents a scale bridging journey from the macro scale into the nanocosmos of a superalloy turbine blade. Turbine blades are produced by a directional solidification process. They are used in gas turbines for aero engines and for power plants where they must withstand high mechanical loads at extremely high temperatures. The movie was produced by the Insitute for Materials of the Ruhr-Universität Bochum in the framework of the collaborative research center SFB/TR 103 on single crystal super alloys, which is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

    https://youtu.be/wYHch5QIWTQ

  • ZGH Website launched

    13th November 2015, Center for Interface-Dominated High Performance Materials gets own website


    The planned Center for Interface-Dominated High Performance Materials at Ruhr-Universität Bochum gets its own website. Information on the research programme, the organization and contact data can be found following the link below.

    http://zgh.rub.de/

  • IOM³ Awards

    12th November 2015, Materials Chain researcher awarded with Kroll Medal


    S. G. Fries with the Kroll Medal 2015.

    The Institute of Materials, Minerals and Mining (Iom³) awarded the ICAMS group leader Dr. Suzana G. Fries with the Kroll Medal & Prize.

    The medal is awarded in recognition of significant contribution that has enhanced the scientific understanding of materials chemistry as applied to the industrial production of materials, normally inorganic.

    Suzana Fries was the first to show explicitly the importance of crystallog­raphy in thermodynamic modelling and has also been a pioneer in the use of first-principles calculations for complex phases with many sublattices. She has also been involved in the transfer of thermo­dynamic data to microstructure simulations using the phase field approach. She has published more than 80 articles in refereed journals. Suzanna has worked in institutes in France, Austria and Sweden, where she continues to keep an interaction, and cooperates with laboratories in USA, Brazil, Portugal and Italy. At present she works at the ICAMS of Ruhr-Universität Bochum.

    http://www.iom3.org/iom3-awards-2015

  • CENIDE: Barcikowski neuer Wissenschaftlicher Direktor

    10th November 2015, Wahl der CENIDE-Leitung


    © CENIDE
    Auf seiner 59. Sitzung wählte der CENIDE-Vorstand am vergangenen Mittwoch Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski zum neuen Wissenschaftlichen Direktor. Sein Kollege Prof. Dr. Heiko Wende übernimmt das Amt des Stellvertreters.

    https://www.uni-due.de/cenide/news_one.php?id=1031

  • Fußbälle per Laser

    16th October 2015, Neues Hybridmaterial entdeckt


    © AG Barcikowski/CENIDE

    Wie bilden sich Nanopartikel, die durch einen Laser hergestellt werden? Ein Forscherteam am Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) fand heraus, dass mittels Laserablation hergestellte Partikel nicht immer durch den Keimwachstums-Prozess entstehen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass Silber-Germanium-Partikel dem Saatwachstums-Prozess folgen und dabei die Form von Fußball-Sechsecken annehmen. Ein Material, das es in dieser Komposition und Größenordnung bisher noch nie gab und zum Beispiel in der Photonik eingesetzt werden kann.

    „Die Erkenntnisse sind wegweisend, weil eine bisher nicht dagewesene neue Art von Hybridmaterialien synthetisiert werden konnte“, freut sich Bilal Gökce. Somit konnten die Wissenschaftler die Klasse der Hybridmaterialien erweitern. Es muss aber nicht immer Silber-Germanium sein. „Die Methode lässt sich auch auf ähnliche Materialien übertragen“, ergänzt der Nachwuchswissenschaftler. Somit können weitere ähnlich aufgebaute Partikel hergestellt werden. Dies ermöglicht neue Forschungsansätze, da von dieser Materialklasse interessante optische, katalytische und magnetische Eigenschaften zu erwarten seien. Die hergestellten Silber-Germanium-Partikel könnten beispielsweise in der Photonikindustrie eingesetzt werden, da sich ihre optischen Eigenschaften gezielt beeinflussen lassen.

  • Mit Lichtsensoren in neue Dimensionen vorstoßen

    15th October 2015, UA Ruhr-Unis forschen zum Photonik-Sensor

    Mit Licht können wesentlich mehr Daten übertragen werden als über das klassische Kupferkabel. Einsatzfelder gibt es viele – vom schnellen Internet bis hin zu Präzisionsinstrumenten. Wissenschaftler der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr), zu der sich die Ruhr-Universität Bochum (RUB), die Technische Universität Dortmund (TU Dortmund) und die Universität Duisburg-Essen (UDE) zusammengeschlossen haben, forschen gemeinsam auf diesem Feld. Im UA-Ruhr-Profilschwerpunkt Materials Chain entwickeln sie einen photonischen Sensor, der zum Beispiel wesentlich genauere Analysegeräte ermöglichen wird. Dieses Projekt wird mit rund 270.000 € vom Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) gefördert.

    Projektleiter Prof. Dr. Andreas Stöhr (UDE): „Wir, das heißt die UA Ruhr und das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR), forschen im Bereich der Terahertz (THz)-Technologie, die bisher nur sehr eingeschränkt nutzbar ist. Diese Lücke im THz-Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums möchten wir überbrücken und den fehlenden photonischen Empfänger entwickeln.“

    THz-Strahlung durchdringt viele Materialien wie Papier, Kunststoff oder organisches Gewebe, ohne sie zu zerstören oder zu verändern. Das macht sie für die Materialanalyse so interessant, z.B. um spezifische Stoffe zu identifizieren oder die Oberflächenbeschaffenheit von Materialien zu untersuchen. Mit einem photonischen THz-Sensor lässt sich aber auch eine größere Frequenzbandbreite erreichen, so könnten Materialien genauer lokalisiert werden. Außerdem ist die Technologie vergleichsweise günstig herzustellen, wenn man die ansonsten sehr teure THz-Technologie gegenüberstellt. Das ist die Voraussetzung dafür, dass künftig sogar höchstauflösende integrierte optische Sensorsysteme entwickelt werden können, die aus vielen Einzelsensoren bestehen.

    Der UDE-Lehrstuhl für Optoelektronik übernimmt im Projekt die Sensorentwicklung, die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Photonik und Terahertztechnologie der RUB stellt die Lasertechnik zur Verfügung und der Lehrstuhl für Kommunikationstechnik an der TU Dortmund befasst sich mit der Anwendungsanalyse. Das FHR unterstützt die Arbeiten mit seiner Expertise im Bereich der Radartechnologie.

    Das Projekt ist ein Beispiel für die intensivere Zusammenarbeit der drei Ruhrgebiets-Universitäten unter dem Dach der UA Ruhr: Unter dem Begriff „Materials Chain“ bringen die Universitäten die exzellenten Bereiche ihrer Material‐, Werkstoff- und Produktionswissenschaften zusammen. Materials Chain deckt dabei vom Materialdesign über die Werkstoffherstellung und -veredelung bis hin zur Charakterisierung und Verarbeitung im Produktionsprozess alle Phasen moderner Produktions- und Materialwissenschaften ab.

    http://www.tu-dortmund.de/uni/Uni/aktuelles/meldungen/2015-10/15-10-07_materials_chain/index.html

  • Predictive design of heat management materials and structures

    14th October 2015, New Horizon 2020 Project


    ALMA is a HORIZON 2020 project.

    ICAMS researcher Georg Madsen from the Computational Materials Design group at Ruhr-Universität Bochum together with the ALMA consortium have been awarded €3.26 million by the European Commission for the EU HORIZON 2020 project "All predictive design of heat management materials and structures" (ALMA).

    Heat management constitutes a grand challenge that blocks further development in disciplines as varied as nanoelectronics, power devices, phase change memories, high temperature turbines, or thermoelectric energy conversion. Further progress requires the help of accurate modeling tools that can predict the performance of new complex materials integrated in these increasingly demanding novel devices.

    ALMA was launched in June 2015, and is funded by the European Commission through the Horizon 2020 – Research and Innovation Framework Programme, for a three year duration.

    Project partners are CEA-Grenoble (France), Ruhr-University Bochum (Germany), Silvaco Europe Ltd. (U.K.), Johannes Kepler University (Austria), AIXTRON (Germany) and ST microelectronics (Italy).

    http://www.almabte.eu/

  • Strom aus heißer Luft

    14th October 2015, Erfolgreiche Herbstschule zur Thermoelektrik


    © NST Duisburg

    Von warm zu kalt und zurück: Bei Temperaturdifferenzen erzeugen bestimmte Materialien elektrische Energie.Dieser thermoelektrische Effekt könnte künftig im großen Stil eingesetzt werden: Neue Materialien und Thermogeneratoren ermöglichen es, die Abwärme von Verbrennungsprozessen direkt in Strom umzuwandeln – eine nachhaltige Methode, die vor allem für Stahlwerke oder die Autoindustrie interessant ist. Mit finanzieller Unterstützung durch die Volkswagenstiftung fand daher vom 5. bis 8. Oktober die interdisziplinäre Herbstschule zur Thermoelektrik an der Duisburger Sportschule Wedau statt. Organisiert wurde sie von den CENIDE-Mitgliedern Prof. Dr. Roland Schmechel, Dr. Gabi Schierning und Prof. Dr. Dietrich Wolf.

    „In einer Zeit immer knapper werdender Ressourcen müssen wir lernen, effektiv und effizient mit ihnen umzugehen“, mahnt Prof. Dr. Schmechel, Experte für Nanostrukturtechnik an der UDE. Die Thermoelektrik helfe, Wärmeströme unkompliziert in elektrische Energie zu verwandeln. Ganz gleich, ob es dabei um das Aufladen eines Smartphones über Körperwärme oder die autarke Energieversorgung komplexer Regeleinrichtungen aus der Abwärme in Stahlwerken geht. Thermoelektrische Generatoren können aber nicht nur Elektrizität erzeugen. Der Effekt lässt sich auch umkehren, so dass sie als Wärmepumpe eingesetzt werden können, was ein sehr effektives thermisches Management ermöglicht. Hieraus ergeben sich breite Anwendungsmöglichkeiten, vom „Energieernten“ für autarke Sensoren bis zur Kontrolle von Wärmeflüssen in modernen Mikroprozessoren.

    Dabei wird deutlich: die Thermoelektrik ist keine Wissenschaft für sich. Sie ist derart interdisziplinär zwischen Physik, Elektrotechnik, Materialwissenschaft, Chemie und Maschinenbau angesiedelt, dass sie in keiner traditionellen Studienrichtung geschlossen gelehrt wird. „Vor allem Studierenden, Berufseinsteigern und Nachwuchswissenschaftlern fehlt es somit oft am nötigen Überblick“, meint Prof. Dr. Schmechel. An der UDE trafen sich daher rund 35 Teilnehmer/-innen aus sieben europäischen Nationen und 15 international renommierte Wissenschaftler/-innen, um sich auf den aktuellen Stand des Wissens zu bringen und individuelle Fragestellungen zu besprechen. Auf der Herbstschule ging es daher unter anderem um die Dynamik thermoelektrischer Energiewandlung, den Wärmetransport, neue Materialien und deren Verarbeitungsverfahren, die Herausforderungen bei der Messtechnik oder auch um Kosten-Nutzen-Analysen thermoelektrischer Einheiten. Abgerundet wurde das vielseitige Programm durch ein Seminar über ethische Aspekte im wissenschaftlichen Umfeld sowie einen unterhaltsamen Vortrag über Kuriositäten im wissenschaftlichen Publikationswesen.

    Zwischendurch ging es natürlich auch raus aus dem Seminarraum und ab an die frische Ruhrgebietsluft: Zum Beispiel während des gemeinsamen Ausflugs zu den beeindruckenden Hochöfen im Duisburger Landschaftspark Nord. Ein für viele Teilnehmer/-innen einprägsames Erlebnis, das Gelegenheit bot, Diskussionen zu vertiefen. „Mit dem Programm haben wir sozusagen den Nerv getroffen. Die Gesamtresonanz war sehr positiv und es sind viele neue Kontakte entstanden“, freut sich Prof. Dr. Schmechel. Voraussichtlich im Januar 2016 soll es ein wissenschaftliches Brainstorming über koordinierte Forschungsprogramme in Deutschland zum Thema Thermoelektrik geben.

  • Eine richtig heiße Forschungsregion

    30th September 2015, Universitätsallianz Ruhr deutschlandweit an 5. Stelle bei der DFG-Mitteleinwerbung


    Zur gemeinsamen Sitzung trafen sich Rektorats-mitglieder sowie die Vorsitzenden der Hochschulräte und der Senate der Universitätsallianz Ruhr. Foto: UA Ruhr
    Als richtig heiß bezeichnet DIE ZEIT die Forschungsstärke des Ruhrgebiets und beruft sich dabei auf den neuen Förderatlas der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Diese bemerkenswerte Kraft kommt nicht von ungefähr, denn unter dem Dach der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) kooperieren hier gleich drei Schwergewichte miteinander: die Ruhr-Universität Bochum (RUB), die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen (UDE). Und dies zahlt sich messbar aus: Rechnet man die Einzelwertungen der drei Universitäten zusammen, rangiert die Ruhrregion im DFG-Förderatlas deutschlandweit auf Platz 5 unter den forschungsstarken Wissenschaftsregionen, hinter Berlin, München, Heidelberg/Mannheim und Aachen. Die Universitäten im Ruhrgebiet sind bei der Spitzenforschung bundesweit wettbewerbsfähig, darin waren sich die Rektoratsmitglieder sowie die Vorsitzenden der Hochschulräte und der Senate der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) einig, als sie sich am 24.09.2015 zu einer gemeinsamen Sitzung an der RUB trafen. Sie besprachen u.a. den weiteren Ausbau des neuen Profilschwerpunkts „Materials Chain“, der die Material-, Werkstoff- und Produktionswissenschaften an den drei UA Ruhr-Universitäten stärker miteinander verzahnt. Dadurch gelingt es, Materialien im gesamten Produktionsprozess durchgängig zu betrachten – vom Bauteil zum Atom.

    http://www.uaruhr.de/aktuelles.php

  • Erfolgreicher Förderantrag im Schwerpunktprogramm 1613

    18th September 2015, CO Phasen wie Strickmuster


    Das Bild zeigt die beiden Phasen von Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Kupfer (Cu), aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Der Bildausschnitt zeigt eine Fläche von 6 x 6 nm; es sind einzelne Moleküle zu erkennen.
    Es sind Bilder aus dem Mikroskop, und doch sehen sie aus wie aus dem Handarbeitsheft: Im einen Moment erscheint ein Perlmuster, im nächsten ein Lochmuster. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Professor Rolf Möller aus der Fakultät für Physik und Mitglied vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen können mit atomarer Präzision Muster auf Oberflächen schreiben. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift NanoLetters. Das Phänomen nennt sich „Phasenübergang“ und begegnet uns im Alltag regelmäßig: Als Wasser, das aus dem Kochtopf verdampft oder auch in Form von Schokoladeneis, das uns in der Sommerhitze über die Hand läuft. Wissenschaftler um die beiden Physiker Ben Wortmann und Dr. Christian Bobisch haben nun erstmals mit Hilfe von elektrischen Feldern ganze Oberflächenbereiche einer Probe nach Belieben zwischen den Phasen hin- und hergeschaltet (struktureller zweidimensionaler Phasenübergang) und den Vorgang in Echtzeit beobachtet. Ihre Probe bestand aus einer Unterlage aus Kupfer und einer darauf liegenden geschlossenen Lage aus Kohlenstoffmonoxid-Molekülen. Mit der feinen metallischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops sind die Forscher in der Lage, elektrische Felder an die Probe anzulegen und so ganze Flächen innerhalb von Sekundenbruchteilen umzuschalten – beliebig häufig und im Gegensatz zu einer Handarbeit in einem einzigen Schritt. Die Bilder dazu sind so hoch aufgelöst, dass auch ein Laie einzelne Moleküle erkennen kann, die wie Maschen in einem winzigen Strickmuster erscheinen. Die Entdeckung von Wortmann und Bobisch schließt eine Lücke: Gegenwärtig werden elektronische Bauteile immer kleiner, und sogar einzelne Atome oder Moleküle werden bereits als Schalter diskutiert. Aber es ist technisch sehr aufwendig und daher in großem Maßstab kaum umzusetzen, einzelne Moleküle zu manipulieren. Indem man aber – wie hier geschehen – gezielt scharf umrissene Bereiche schaltet, die nur eine Moleküllage dick sind, wird die Kombination aus miniaturisierten Bauteilen und einfacher Bedienung realistischer. Originalpublikation: Nano Lett., 2016, 16 (1), pp 528–533 DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04174 Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de
  • DLR_School_Lab is Online

    26th June 0220, Prof. Metin Tolan Enriches School Lab with One-hour Film


    © Martina Hengesbach​/​TU Dort­mund

    The DLR_School_Lab at the TU Dortmund University goes online. At the end of June, Prof. Metin Tolan from the Faculty of Physics enriched the offer of the School Lab with an approximately one-hour film about the infinite vastness of the universe. Tolan's contribution will be included in the nationwide offering of the 13 DLR_School_Labs.

    Prof. Tolan's mouthguard bears the Star Trek symbol when he comes to the DLR_School_Lab in Dortmund. "Unusual times", he says in view of the depopulated campus and the almost empty laboratory. Only a four-member recording team - all of them trainees in the field of media design, image and sound at the TU Dortmund University's nrwrision learning channel - as well as School_Lab director Dr Sylvia Rückheim and three visitors await him there. In front of this unusually small audience, Tolan, but then without a mask, leads into the universe and to the two themes: Rocket propulsion and planets in distant star systems.

    DLR_School_Labs switched to digital formats

    Media professional Tolan, who is also the winner of the Communicator Prize of the German Research Foundation, prepares his topics in his usual professional manner. The film crew Quentin Federau, Zoran Garic, Robin Leyendecker and Florian Polenz accompany his presentation with several cameras. After shooting, they also take care of editing the material and the final version of the film. Meanwhile, Tolan reports on the frustration of space travel, namely that an enormous amount of energy is needed to shoot material into space. About 25 years ago, Tolan continues, a first planet outside our solar system was discovered there. Would there be other intelligent life out there? Life probably does, but intelligent? Mother Earth has also left her fingerprint in the universe by broadcasting television programs. Whether this is considered a civilizing achievement by extraterrestrials who receive these radio waves? Tolan dithers. He releases his soon to be many viewers on the net and the three guests in the School_Lab with the Vulcan greeting "Live long and prosper". Applause from the few spectators.

    The Covid 19 pandemic had also led to the closure of the Dortmund School_Lab in March 2020. In normal times, Sylvia Rückheim familiarises around 120 classes with several thousand pupils every year with phenomena from aerospace technology, but also from physics in general. Because of the corona pandemic, the DLR_School_Labs have switched to digital formats, from apps for virtual flying, to teaching materials for downloading, handicraft templates and hands-on experiments, to film clips. These professionally produced films - there are currently two - can be viewed on DLR's YouTube channel.