Forschungsbereich Schlüsseltechnologie

New X-ray analytic methods in material science (VI-NXMM)

Karlsruher Institut für Technologie

Beteiligte Partner: KIT, HZG, TU München und Eidgenössische Materialprüfungsanstalt EMPA
Sprecher:
Dr. Jürgen Mohr, KIT
Laufzeit: Okt. 2011 bis Sept. 2015

Neue Methoden der Röntgenanalyse für Materialuntersuchungen sind das Forschungsthema des virtuellen Instituts unter der Leitung des KIT. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden neue bildgebende Röntgensysteme an Synchrotronstrahlrohren und Röntgenröhren für die Materialanalyse im Mikro- und Submikrometerbereich einrichten, die zu Verbesserungen in der Materialentwicklung beitragen sollen.

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Memory Effects in Resistive Ion-beam Modified Oxides (MEMRIOX)

Helmholtz-Zentrum für Dresden-Rossendorf

Beteiligte Partner: HZDR, FZJ, TU Aachen, TU Freiberg, Universität Dresden, Universität Jena, ETH Zürich, University of California
Sprecher: Dr. Sibylle Gemming, HZDR
Laufzeit: Okt. 2011 bis Sept. 2016

Das virtuelle Institut “Memriox” ist eine gemeinsame Forschungsinitiative zu ionenstrahlmodifizierten memristiven Materialien auf Oxidbasis. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen unter der Leitung des HZDR nanoskalige Strukturen, deren elektrischer Widerstand sich durch einen Stromfluss einstellen lässt und die über diesen „memristiven“ Effekt als Schalter wie als nichtflüchtiger Speicher fungieren können. Diese Technologie spielt eine Rolle in der Entwicklung von Chips als Speichermedien und Logikbausteine, Stichwort „More-Moore“ und „More-Than-Moore“-Konzepte.

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Multifunctional Biomaterials for Medicine

Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung

Beteiligte Partner: HZG, HZB, FU Berlin, Universität Freiburg
Sprecher: Prof. Dr. Andreas Lendlein, HZG
Laufzeit: Dez. 2011 bis Nov. 2016

Multifunktionale Biomaterialien können Bestandteil medizinischer Therapien sein. Die Interaktion von Proteinen mit Biomaterialien beeinflusst deren Funktionalität, ist aber bislang nicht ausreichend verstanden und kontrollierbar. In dem virtuellen Institut wird der Einfluss der Proteinadsorption auf die biophysikalischen Eigenschaften von polymeren Biomaterialien und deren biologische Wechselwirkung untersucht. Ein Beispiel ist funktionalisierte Gelatine für die Geweberegeneration. Ziel des Forschungsprojekts ist es, ein grundsätzliches Methodenspektrum zur Untersuchung der Biomaterial-Protein-Interaktion zu etablieren und die Rolle der Proteinadsorption zu verstehen.

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In vivo studies of biodegradable magnesium based implant materials (MetBioMat)

Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung

Beteiligte Partner: HZG, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, MH Hannover, Medizinische Universität Graz (Österreich)
Sprecher: Prof. Dr. Regine Willumeit, HZG
Laufzeit: Aug. 2012 bis Juli 2017

Kostenreduktion und Verbesserung der Lebensqualität sind wesentliche treibende Faktoren im Gesundheitswesen. Abbaubare Implantatmaterialien können hier signifikant beitragen: Was bereits für Polymere möglich ist, soll auch für Metalle gelten. Das Virtuelle-Institut wird dazu beitragen, indem aluminiumfreie, bioabbaubare Magnesiumlegierungen entwickelt werden, die insbesondere bei orthopädischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Von besonderer Bedeutung sind hierbei abbaubare Implantate, die für Kinder entwickelt werden. Die einzigartige Kombination der Partner – drei führende Kliniken (Universitätskrankenhaus Hamburg Eppendorf, Medizinische Hochschule Hannover und Universitätskrankenhaus Graz), mehrere Institute der Universitäten in Hamburg, Kiel und Hannover, sowie zwei norddeutschen Firmen – wird es HZG ermöglichen, seine Vorreiterrolle im Bereich bioabbaubarer Magnesiumlegierungen auszubauen. Daher ist MetBioMat die Keimzelle für ein zukünftiges Translationszentrum „Metallische Biomaterialien“. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit in MetBioMat zusammen mit der frühzeitigen Einbindung der Anwender und Hersteller deckt alle relevanten Fragestellungen, Techniken und Herangehensweisen ab, die zur Durchführung dieses ambitionierten Projektes notwendig sind. Darüber hinaus werden so hochqualifizierte Nachwuchswissenschaftler, die interdisziplinäre Denk- und Herangehensweisen in ihrer täglichen Arbeit praktizieren für einen Wachstumsmarkt ausgebildet.

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Virtual Institute for Topological Insulators

Forschungszentrum Jülich

Beteiligte Partner: Forschungszentrum Jülich, RWTH Aachen, Universität Würzburg, Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology (China), Chinese Academy of Sciences (China)
Sprecher:
Prof. Dr. Thomas Schäpers, Forschungszentrum Jülich
Laufzeit: Sept. 2012 bis Aug. 2017

Das Virtuelle-Institut fokussiert sich auf eine neue Klasse von topologischen Phasen, die kürzlich entdeckt wurden, den sogenannten topologischen Isolatoren (TI). Das Gebiet der topologischen Isolatoren ist immer noch in den Anfängen. Eine wesentliche experimentelle Herausforderung besteht darin, ein isolierendes Volumenmaterial zu erhalten, bei dem die Leitfähigkeit nur von den topologischen Oberflächenzuständen getragen wird. Im Virtuellen-Institut werden verschiedenste Ansätze verfolgt, um dieses Ziel zu erreichen, wie z.B. das Wachstum von Volumenkristallen, die mechanische Exfoliation, die kontrollierte Dotierung sowie die Schichtabscheidung mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE). Das zentrale Ziel der Forschungsarbeiten ist die Physik der topologischen Zustände zu entschlüsseln, wie z.B. topologische magneto-elektrische Effekte und Majorana Fermionen bei topologischen Isolatoren in Verbindung mit s-Wellen Superleitern.

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Printed electronics based on inorganic nanomaterials: From atoms to functional devices and circuits

Karlsruher Institut für Technologie

Beteiligte Partner: KIT, TU Darmstadt, Universität Duisburg-Essen, ETH Zürich (Schweiz), Lawrence Livermore National Laboratory (USA)
Sprecher: Prof. Dr. Horst Hahn, KIT
Laufzeit: Sept. 2012 bis Aug. 2017

Ziel des Virtuellen-Instituts ist es, fachübergreifend Konzepte zur Herstellung kommerziell interessanter gedruckter Schaltungen zu entwickeln. Gedruckte Elektronik beruht auf der Herstellung elektronischer Bauteile mit Standarddruckverfahren, wie Tintenstrahldruck oder Rolle-zu-Rolle Druck. Bislang ist die Verarbeitung der anorganischen Materialien noch sehr komplex. So benötigt sie hohe Temperaturen, preisgünstige Träger für druckbare Elektronik wie Papier und Polymere eignen sich damit nicht. Um diese Einschränkungen zu überwinden, verfolgen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Konzepte zur Steuerung (Gating) für Transistoren. Ziel ist es, neue Materialien und die elektronischen Komponenten zu entwickeln sowie deren Funktionalität und Stabilität zu bestimmen – dabei geht es auch um wirtschaftliche Aspekte und die technische Machbarkeit.

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