Ersatz für knappe und teure Grundstoffe
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Manche chemischen Elemente sind nur schwer erhältlich, sind aber für die Leistungsfähigkeit vieler Produkte noch unerlässlich. Zwei Beispiele: Flache TFT-Bildschirme beeindrucken nur dann mit hoher Bildqualität, wenn durchsichtige Kontaktelektroden auf der Bildschirmoberfläche den Stromfluss sichern. Das derzeit beste Material dafür ist Indium-Zinn-Oxid, das auch für Solarzellen benötigt wird. Es enthält das seltene und somit teure Indium. Um Hartmagnete herzustellen, braucht man bestimmte Seltene Erden. Diese werden fast nur noch in China gefördert und teilweise künstlich verknappt.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg können bereits heute konkrete Lösungsvorschläge machen, wie sich solche Stoffe ersetzen lassen. Das zehnköpfige Team um Prof. Dr. Christian Elsässer, Leiter der Gruppe Physikalische Werkstoffmodellierung, sucht auf der atomaren Skala mit Computern nach Ersatzstoffen. Inspirieren lassen sich die Experten von der Vielfalt an Kristallstrukturen in der Natur, die auf viele physikalische Eigenschaften noch nicht abgeklopft sind. Welche Strukturen können entstehen, wenn für einen Hartmagneten verschiedene Grundstoffe metallurgisch verschmolzen werden, und wie gut sind deren Eigenschaften? Das berechnet das Team, testet so virtuell und schnell viele verschiedene Kombinationen und macht dann Vorschläge für vielversprechende Ersatzmaterialien. Im Wechselspiel mit Partnern, die diese neuen Werkstoffe herstellen und experimentell auf ihre Eigenschaften hin prüfen, wird die Materialzusammensetzung funktionsoptimiert ? bis zum patent- und marktfähigen Produkt.
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