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| GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH |
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Ansprechpartner: Prof. Dr. Rüdiger Bormann Bei GKSS werden die Kompetenzbereiche nanostrukturierte Leichtmetallhydride für die Wasserstoffspeicherung, nanostrukturierte Verschleißschutzschichten und nanostrukturierte synthetische Kristalle für die Röntgenoptik bearbeitet. In Kooperation mit dem Primärenergieerzeuger Hydro- Quebec, Kanada, und der GfE Metalle und Materialien mbH, Nürnberg, entwickelt GKSS nanostrukturierte Leichtmetallegierungen für die Anwendung als Wasserstoffspeicher in der Verkehrstechnik. Geplant ist der Bau eines Prototypwasserstofftanks für abgasfreie Fahrzeuge (Zero- Emission-Car). Gesputterte nanostrukturierte Vielfachschichten können so präzise hergestellt werden, daß sie für Röntgenspiegel verwendet werden können. Für Fokussierung und Parallelstrahloptik weisen die Schichten zudem einen Dickengradienten auf (nanostrukturierte Gradientenwerkstoffe) und werden auf gekrümmte Substrate aufgebracht. Der Einsatz dieser synthetischen Kristalle erhöht die nutzbare Röntgenintensität gegenüber konventionellen Monochromatoren um einen Faktor >10 und erschließt damit neue Nachweisbereiche in der Spurenanalytik. |
| Technische Universität Hamburg-Harburg |
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Ansprechpartner: Prof. Dr. Rüdiger Bormann Nanostrukturierte Verschleißschutzschichten können durch thermisches Spritzen von nanokristallinen oder amorphen Metall-Keramik-Verbundpulvern hergestellt werden. In Kooperation mit der GKSS und der Universität der Bundeswehr, Hamburg, werden entsprechende Pulver entwickelt. Die Pulver werden mit verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Flammspritztechniken in Kooperation mit der Industrie verarbeitet und hinsichtlich ihrer Verschleißeigenschaften charakterisiert. |
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Was steckt dahinter? Drei herausragende Kooperationsprojekte mit der Industrie |
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Thomas Klassen, Carsten Michaelsen, Rüdiger Bormann, Institut für Werkstofforschung, GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Der hohe Anteil innerer Grenzflächen in nanostrukturierten Werkstoffen führt nicht nur zu besonderen strukturellen, sondern auch zu besonderen funktionalen Eigenschaften, die für verschiedene technische Produkte interessant sind:
Hochenergiegemahlene Metallhydride sind als Wasserstoffspeicher für das emissionsfreie Automobil interessant. Hydride bieten den Vorteil einer hohen volumenbezogenen Speicherdichte, die noch um 60% über der von Flüssigwasserstoff bei 20 K liegt und etwa 7 mal höher ist als in Druckgasbehältern bei 200 bar. Darüberhinaus zeichnen sie sich durch ein hohes Sicherheitspotential aus, weil der Prozeß der Wasserstoffabgabe endotherm ist, und so Wasserstoff nicht unkontrolliert freigesetzt werden kann. Wegen ihrer hohen gewichtsbezogenen Speicherkapazität von bis zu 7,6 Gew.% Wasserstoff werden Legierungen auf Magnesiumbasis favorisiert. Hier konnte durch die nanokristalline Mikrostruktur ein technologischer Durchbruch hinsichtlich der Reaktionskinetik der Wasserstoffaufnahme und -abgabe erzielt werden. Während zur Beladung einer konventionellen Legierung mehrere Stunden erforderlich waren, kann das nanokristalline Material in wenigen Minuten be- oder entladen werden. Aufgrund der ausgezeichneten Kinetik sind nanostrukturierte Hydride auch für wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien interessant, weil so höhere Leistungsdichten erreicht werden können. Kooperationen: Dr. V. Güther, GfE Metalle und Materialien GmbH, Nürnberg, Dr. R. Schulz, Hydro-Quebec, Montreal |
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Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Klassen, Abteilung Pulver- und Nanotechnologie GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Tel. 04152/87-2541 Email:thomas.klassen@gkss.de www.gkss.de/Themen/W/WTP/WTP-Startseite.html |
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| Fig: Wasserstoffaufnahmegeschwindigkeit von konventionellem, grobkristallinen Magnesium im Vergleich zu dem bei GKSS entwickelten, nanokristallinen Magnesium mit zum Patent angemeldeten Katalysator. Besondere Vorteile werden bei der Wasserstoffabgabe erreicht, die für konventionelles Magnesium bei 300°C nicht möglich ist. |
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2. Nanostrukturierte Vielfachschichten für röntgenoptische Anwendungen Mit Hilfe von PVD-Technik aufgebrachte, nanostrukturierte Vielfachschichten haben zu einem Evolutionssprung in der Röntgenanalytik geführt. Die aus jeweils einem röntgentransparenten (Spacer) und einem röntgenreflektierenden Material (Reflektor) bestehenden Schichten können das Beugungsverhalten von Kristallen imitieren. In diesen künstlichen Kristallen sind die Abstände der reflektierenden Ebenen und damit die Beugungswinkel in weiten Grenzen variabel. Für eine hohe Intensität des gebeugten Strahls von mehr als 80% werden die einzelnen Schichtdicken im Mittel genauer als ein Atomdurchmesser reproduzierbar hergestellt. Auf diese Weise wird die Beugungsbedingung bei gegebe-nem Winkel für genau eine Wellenlänge erfüllt, so daß der einfallende Röntgenstrahl monochromatisiert werden kann. Zusätzlich lassen sich Schichtdickengradienten einstellen, um bei divergenten Strahlenquellen die unterschiedlichen Einfallswinkel zu berücksichtigen und so die Beugungsbedingung für die gewünschte Wellenlänge über eine große Länge zu erfüllen. Dadurch kann ein größerer Raumwinkel der Röntgenquelle genutzt werden. Weiterhin kann die gesamte Vielfachschicht parabolisch oder elliptisch gekrümmt werden. Hiermit lassen sich optische Elemente für Röntgenstrahlung darstellen, mit denen der Strahl parallelisiert bzw. fokussiert werden kann. Die Verwendung von nanostrukturierten Vielfachschichten eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten in der Röntgenbeugungs- und Röntgenfluoreszenzanalyse: neben einer höheren Auflösung und Intensitätsgewinnen von bis zu einem Faktor 16 kann die herkömmliche Bragg-Brentano-Geometrie verlassen werden, und es können dreidimensionale Proben charakterisiert werden, ohne vorher Planschliffe anfertigen zu müssen. |
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Ansprechpartner: Dr. Carsten Michaelsen, Abteilung Beschichtungstechnologie GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Tel. 04152/87-2541, Email: carsten.michaelsen@gkss.de www.gkss.de/Themen/W/WTB/WTBhome.html |
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| Fig.: Optisches Element für Röntgenstrahlen (sog. Göbel-Spiegel). |
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3. Thermisches Spritzen von nanostrukturierten Verbundwerkstoffen für Verschleißschutzschichten Die hohe Raumtemperaturhärte von nanostrukturierten Verbundwerkstoffen läßt eine hohe Verschleißbeständigkeit erwarten, die für Beschichtungen durch thermisches Spritzen genutzt werden kann. Die Herstellung der Pulver erfolgt durch Hochenergiemahlen. Dabei werden Stahl- oder Keramikkugeln mit hoher kinetischer Energie auf die pulverförmigen Ausgangssubstanzen geschleudert. Der permanente Energieeintrag bewirkt einen dynamischen Prozess des Kaltverschweißens und Aufbrechens von Partikeln. Über die hohe Anzahl innerer Grenzflächen oder anderer Fehlstellen können so Materialien mit feindispersiven Mikrostrukturen oder Phasen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht präpariert werden. Typische Beispiele hierfür sind nanostrukturierte Verbundwerkstoffe oder amorphe Phasen und stark übersättigte Mischkristalle. Mit dem gezielten Design von Mikrostrukturen und der Kombination von Materialien lassen sich Eigenschaften erreichen, die denen kommerzieller Werkstoffe überlegen sind. Die aktuellen Entwicklungen konzentrieren sich auf die Herstellung und Verarbeitung von Pulver für korrosionsbeständige Verschleißschutzschichten. In ersten Spritzversuchen wurden trotz eines geringeren Hartphasenanteils vergleichbare Verschleißbeständigkeiten zu konventionellen Schichten gemessen, wobei der höhere Binderanteil unerwünschter Rißbildung entgegenwirkt. |
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Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Klassen, Abteilung Pulver- und Nanotechnologie GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Tel. 04152/87-2541 thomas.klassen@gkss.de www.gkss.de/Themen/W/WTP/WTP-Startseite.html Dr. Frank Gärtner, Fachbereich Maschinenbau Universität der Bundeswehr, Hamburg Tel. 040/6541-2887 Frank.Gaertner@UniBw-Hamburg.de www.unibw-hamburg.de/MWEB/ifw/fmk/fmk.html |
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| Fig: Querschliff einer Schicht auf der Basis hochenergiegemahlener Ti(C,N) - 60 Ni, Mo Pulver, die durch thermisches Spritzen von nanostrukturierten Verbundwerkstoffen hergestellt wurde. | |
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Technologietransfer Ein Ziel von NanoMat ist es, innovationsfreundliche Rahmenbedingungen für den Transfer von For-schungsergebnissen zu gewährleisten. Die Partner von NanoMat verfügen überTechnologieparks und Technologieregionen, die ein Hort für junge, nanotechnologisch orientierte Unternehmen sind, die es in ihrer Startphase zu betreuen gilt. Nach Gründung nutzen die neuen Technologie-Unternehmen vielfach das Knowhow von Forschungseinrichtungen, um im Unterauftrag Teilentwicklungen für Innovationsvorhaben durchführen zu lassen, mit denen sie sich ihr Leistungsangebot aufbauen können. Die Forschungseinrichtung profitiert über Lizenzeinnahmen und eine Mitnutzung der Laboreinrichtung des Unternehmens aus dieser Kooperation. Im Netzwerk NanoMat gibt es bereits vier Spin Offs, zwei vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung Würzburg und zwei von der Universität Bremen (IMSAS). Mit der Firma "SusTech" (Sustainabl Technologies) entsteht in Darmstadt ein zukunftsweisendes Modell der Partnerschaft zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Die TU Darmstadt, sowie eine Gruppe von Professoren verschiedener Forschungsinstitute und Fachrichtungen aus den Bereichen Chemie und Materialwissenschaft werden, ab 1. Juli 2000, gemeinsam mit der Henkel-Gruppe die Firma SusTech betreiben und damit technologieorientierte Arbeitsplätze schaffen. Nanotechnologische Projekte wie z. B. die Herstellung körperverträglicher Funktionsmaterialien für die Zahnmedizin oder "schaltbare Materialien", deren Eigenschaften über elektromagnetische Impulse verändert werden können, stehen auf dem Programm. Henkel stellt die betriebswirtschaftliche Unterstützung sowie - gemeinsam mit dem BMBF die Anlauffinanzierung für die ersten fünf Jahre in Höhe von 25 Mio. DM. Von neuen Technologieangeboten können auch mittelständische Unternehmen profitieren. So wächst die ANKA GmbH (Synchrotronstrahlungsquelle Karlsruhe) zu einem neuartigen Dienstleistungszentrum für Mikrotechnik, Nanotechnologie und Analytik heran - und zwar sowohl für For-schungseinrichtungen als auch für die Industrie. Hervorzuheben sind auch die Initiativen KEIM (Karlsruher Existenzgründer Impuls), hep (Hamburger Existenzgründungsprogramm), JUTZ (Jungunternehmer im Technologiezentrum der GKSS). |
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| Jungunternehmer im Technologiezentrum (JUTZ), GKSS |
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Die Gemeinschaft der Jungunternehmer im Technologiezentrum (JUTZ) der GKSS, derzeit rund 20 Personen, expandiert. Mittlerweile haben sich sämtliche Firmengründer aus ihrem Angestelltenverhältnis zur GKSS gelöst, nahezu die Hälfte der Aufträge stammen von außerhalb. |
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Sondenentwicklung, Radartechnik, chemisch-physikalische Analytik,
Softwareentwicklung, Datenanalysen, Fernerkundung, wis-senschaftliche
Publizistik - die Themenvielfalt der "JUTZis" ist geprägt
von HighTech und Fachkompetenz, basierend auf bei
GKSS erworbenem Know-How und doch darüber hinaus gehend.
Firmengründungswilligen GKSS-Mitarbeitern beim Sprung ins
kalte Unternehmer-Wasser durch persönliche und betriebliche
Unterstützung ein Sprungbrett zu bieten, ist erklärtes Ziel von
GKSS. Die Möglichkeit hierzu bietet ein Fördermaßnahmen-Katalog
für Ausgründungen aus Forschungseinrichtungen,
den das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung
und Technologie im Rahmen der Bundesregierungs-"
Offensive für mehr Selbständigkeit" erstellt hat. Demgemäß
stellt GKSS Räumlichkeiten, Infrastruktur, Rechner- und Gerätenutzung
zur Verfügung und bietet für eine Übergangszeit
befristete Teilzeit-Arbeitsverhältnisse oder unbezahlte Freistellung an. Das letzte "JUTZ-Hearing", das Jahrestreffen mit der GKSS-Geschäftsführung, hat gezeigt: Das Konzept geht auf, alle jetzigen Firmeneigner haben sich von ihrem Ex-Arbeitgeber GKSS freigeschwommen. Seit 1992 haben sieben GKSS-Mitarbeiter die Fra-gen nach Mut, persönlicher unternehmerischer Eignung, kaufmännischen Kenntnissen und einem schlüssigen Unternehmenskonzept positiv beantwortet, ihre Unternehmen bieten heute rund 20 Voll- und Teilzeitbeschäftigten Arbeit. Je nach Alter der jungen Firmen ist das externe Auftragsvolumen bereits auf bis zu 80% angestiegen. Und es gibt umgekehrt inzwischen Projektmittel, eingeworben vom Technologiezentrum, von denen die große Schwester GKSS profitiert. |
| Hamburger Existenzgründungs Programm (hep), GKSS, TUMM |
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Die GKSS hat zusammen mit anderen Hamburger Hochschulen sowie Partnern aus der Wirtschaft und Politik eine Initiative gebildet, die Existenzgründungen aus Hochschulen stimuliert und aktiv för-dert: Das Hamburger Existenzgründungs Programm - hep - ist seit Mai 1999 tätig. |
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Angesprochen sind alle Studenten, Hochschulabsolventen und
Mitarbeiter aus Forschungsinstituten, die den Schritt in die Selbständigkeit
wagen wollen. Die Existenzgründer erhalten durch
hep prozeßorientierte Unterstützung und werden auch während
der ersten kritischen Entwicklungsjahre begleitet. Mit den Programmteilen
Gründerjobs und BusinessPlanWettbewerb verfolgt
hep das Ziel, potentielle Ideenträger an die Unternehmensgründung
heranzuführen. Weitere Programmteile von hep sind die regelmäßigen Foren (jeden 2. Mittwoch im Monat), die zu relevanten Themen rund um die Existenzgründung im Seminarraum der TuTech stattfinden. Außerdem bemüht sich hep, die Ideenträger durch die Vermittlung von Coaches und Business Angels auf den Weg in die Selbständigkeit aktiv zu unterstützen. Als erster Kontakt steht den Interessenten das hep-Management-Team telefonisch unter 040/760180-80, oder per E-mail unter hep@tutech.de zur Verfügung. Weitere Informationen gibt es im Internet unter: www.hep-online.de |