Mehr Tempo für die Materialentwicklung: Neuartiges Röntgenmikroskop für Halle

ZEISS Xradia 810 Ultra für die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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Röntgenmikroskop ZEISS Xradia 810 Ultra
Röntgenmikroskop ZEISS Xradia 810 Ultra

Der Blick ins Innere von Werkstoffen wird immer wichtiger, um sie leistungsfähiger und effizienter zu machen und neue Materialien mit nie dagewesenen Eigenschaften entwickeln zu können. An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gibt es dazu künftig noch bessere Möglichkeiten: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert ein neuartiges Röntgenmikroskop, das Einblicke bis auf die Nanoskala gewährt. Auch Forscher des Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) werden das neue Großgerät nutzen können.

Die erst seit Kurzem verfügbare Technologie ermöglicht es, automatisiert das Gefüge und die Struktur von Materialien und Werkstoffen zu analysieren. So können Forscher die dreidimensionale Beschaffenheit von Materialien deutlich schneller erkennen und somit schneller von der Mikrostruktur auf die Eigenschaften der Werkstoffe rückschließen.

Damit ist die Basis geschaffen, um in nächsten Schritt mit deutlich höherem Tempo neue Materialien entwickeln zu können: Denn durch Optimierungen auf der Ebene der Mikrostruktur können Hochleistungsmaterialien mit spezifischen Eigenschaftskombinationen entstehen – mit Röntgenmikroskopie ist das deutlich zielgerichteter und genauer als bisher möglich. Die Daten aus den neuen Geräten fließen zudem in Computersimulationen ein, die dadurch ebenfalls leistungsfähiger werden und den Prozess der Entwicklung neuer Materialien, der derzeit bis zu 15 Jahre dauern kann, weiter beschleunigen.

Einblicke bis ins kleinste Detail: röntgenmikroskopische 3D-Darstellung einer Ölschiefer-Probe.
Einblicke bis ins kleinste Detail: röntgenmikroskopische 3D-Darstellung einer Ölschiefer-Probe.

»Ich freue mich sehr, dass die DFG unsere Forschungsgruppe ausgewählt hat. Mit dem neuen Großgerät können wir  bei der zerstörungsfreien Röntgen-CT-Mikroskopie zur Aufklärung des Innersten der Werkstoffe nun bis zu 50 Nanometer Auflösung vordringen und damit in Halle die besten Auflösungen weltweit erreichen«, sagt Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Lehrstuhls für Mikrostrukturbasiertes Materialdesign an der MLU. »Zugleich gibt es auch ein hohes Anwendungspotenzial: Mehr Tempo bei der Entwicklung neuer Werkstoffe wird in der Industrie dringend nachgefragt und ist zudem ein Schlüssel für mehr Ressourceneffizienz«, so Wehrspohn, der auch das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle leitet.

Zu den untersuchten Materialien werden in Halle vor allem funktionelle Gläser (wie im Display von Mobiltelefonen) und Glaskeramiken (wie in Herdplatten) zählen. Mit den neuen Röntgenmikroskopen aus dem Hause ZEISS kann beispielsweise erstmals das Wachstum von Kristallen in Glaskeramik dreidimensional verfolgt und – etwa durch Anpassung der Temperatur oder anderer Prozessparameter – verändert werden. So können die Forscher das Entstehen der gewünschten Strukturen viel genauer als bisher steuern.

Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel im Januar bei der feierlichen Eröffnung des Fraunhofer IMWS am ZEISS Lichtmikroskop, mit Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, Institutsleiter des Fraunhofer IMWS, Halles Oberbürgermeister Dr. Bernd Wiegand, Sachsen-Anhalts Ministerpräsident Dr. Reiner Haseloff, und Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft (von links). © Foto Fraunhofer IMWS 2016.
Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel im Januar bei der feierlichen Eröffnung des Fraunhofer IMWS am ZEISS Lichtmikroskop, mit Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, Institutsleiter des Fraunhofer IMWS, Halles Oberbürgermeister Dr. Bernd Wiegand, Sachsen-Anhalts Ministerpräsident Dr. Reiner Haseloff, und Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft (von links). © Foto Fraunhofer IMWS 2016.

Das neue Röntgenmikroskop wird während 20 Prozent der Hauptnutzungszeit auch anderen wissenschaftlichen Arbeitsgruppen zur Verfügung stehen. So soll etwa am Fraunhofer IMWS eine neue Technologie zur Probenbearbeitung entwickelt werden. Auch Forscher des Otto-Schott-Instituts für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena und von anderen Hochschulen und Forschungseinrichtungen werden das Großgerät in Halle nutzen.

Insgesamt stattet die DFG im Rahmen ihrer Großgeräteinitiative sechs Universitäten in Deutschland mit neuartigen Röntgenmikroskopen im Gesamtwert von 13,4 Millionen Euro aus. Welche Forschungsgruppen den Zuschlag erhielten, entschied der Hauptausschuss der DFG auf Basis der Ergebnisse einer international besetzten Expertengruppe.

Homepage des Fraunhofer IMWS

ZEISS Xradia Röntgenmikroskope – Hochauflösende 3D-Röntgenmikroskope für die wissenschaftliche und industrielle Forschung

 

Über das Fraunhofer IMWS

Das Hauptgebäude des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle. © Foto Fraunhofer IMWS
Das Hauptgebäude des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle. © Foto Fraunhofer IMWS

Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS ist ein methodisch ausgerichtetes Fraunhofer-Institut in den Fachdisziplinen Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Das Fraunhofer IMWS ist Ansprechpartner für die Industrie und öffentliche Auftraggeber für alle Fragestellungen, die die Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen betreffen – mit dem Ziel, Materialeffizienz und Wirtschaftlichkeit zu steigern und Ressourcen zu schonen.

Die Arbeiten des Fraunhofer IMWS zielen darauf ab, Fehler und Schwachstellen in Werkstoffen, Bauteilen und Systemen auf der Mikro- und Nanoskala zu identifizieren, deren Ursachen aufzuklären und darauf aufbauend Lösungen für die Kunden anzubieten. Die industriellen Auftraggeber des Instituts kommen unter anderem aus dem Bereich der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, der Photovoltaik, der Kunststofftechnik, der chemischen Industrie, der Energietechnik, dem Automobilbau oder dem Flugzeugbau. Diese Arbeiten werden begleitet durch die Weiterentwicklung von mikrostrukturaufklärenden Methoden. Zusammen mit Analytikgeräteherstellern können passgenaue Gerätekonfigurationen entwickelt werden, damit industrielle Auftraggeber in Zukunft Fehlerquellen selbst erkennen und vermeiden können.

Als Institut der Fraunhofer-Gesellschaft fördert und betreibt das Fraunhofer IMWS international vernetzt anwendungsorientierte Forschung zum unmittelbaren Nutzen für die Wirtschaft und zum Vorteil für die Gesellschaft. Es leistet wichtige Beiträge zur Materialeffizienz, Ressourcenschonung und Wirtschaftlichkeit und stellt sich damit der zentralen Herausforderung des 21. Jahrhunderts, der Nachhaltigkeit aller Lebensbereiche und insbesondere dem effizienten Umgang mit begrenzten Rohstoffen. Gleichzeitig trägt es somit zur Wettbewerbsfähigkeit von Sachsen-Anhalt, Deutschland und Europa bei.

Das Fraunhofer IMWS stellt an sich selbst höchste wissenschaftliche und technologische Anforderungen. Es erarbeitet kosteneffizient und qualitätsgesichert hochwertige innovative Lösungen für seine Kunden. In seinen Kernkompetenzen Mikrostrukturdiagnostik und Mikrostrukturdesign ist das Fraunhofer IMWS innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft führend und international anerkannt. Seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet das Fraunhofer IMWS Möglichkeiten zur persönlichen Entwicklung und fördert sie in ihrer wissenschaftlichen und unternehmerischen Qualifizierung.

Text und Bildmaterial basierend auf einer Presseinformation, reproduziert mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer IMWS und MLU Halle-Wittenberg.

Tags: Röntgenmikroskopie

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