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Beiträge im MPG Jahrbuch

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Beiträge im MPG Jahrbuch

Diese Seite enthält die MPIE Beiträge zu den jährlich erscheinenden Jahrbüchern der Max-Planck-Gesellschaft (MPG). Die MPG legt mit dem Jahrbuch ihren wissen­schaftlichen Bericht vor. Darin enthalten sind u.a. die Forschungs­berichte aller Max-Planck-Einrichtungen.

Jahrbuch  2017: Knochenähnliche Eigenschaften von Stahl verhindern Materialermüdung

Zusammenfassung:

Materialien, die zyklischer Belastung ausgesetzt sind, sind anfällig gegenüber Materialermüdung und -bruch. Ein internationales Team rund um Materialwissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung hat einen neuen Stahl entwickelt, der sich am lamellenartigen Aufbau des Knochens orientiert und damit eine Rissbildung auf Mikroebene, die zur Materialermüdung führen würde, verhindert.

Jahrbuch 2016: Einblicke in das komplexe Wechselspiel magnetischer und atomarer Anregungen eröffnen neue Wege im Design innovativer Kühlmaterialien

Zusammenfassung:

Die Verwendung des Computers zur systematischen Suche nach neuen Materialien sowie die Entwicklung der dazu notwendigen hochgenauen Simulationsalgorithmen ist eine Hauptausrichtung des MPI für Eisenforschung. Dieses Vorgehen wird hier am Beispiel magnetokalorischer Materialien erläutert, die erforscht werden, um zu neuen energieeffizienten Konzepten in der Kühltechnik zu gelangen. Hierbei wird das komplexe Wechselspiel von zwei thermischen Anregungsmechanismen – die Schwingung der Atome im kristallinen Gitter und die Unordnung der magnetischen Momente – analysiert und gezielt ausgenutzt.

Jahrbuch 2015: Nanostrukturierte Materialien als Schlüssel für alternative Energiequellen

Zusammenfassung:

Der stetig ansteigende Energieverbrauch und die Abnahme fossiler Brennstoffe erfordert die Erforschung alternativer, kostengünstiger und umweltverträglicher Materialien für die Energiegewinnung und -speicherung. Hierfür eignen sich diverse nanostrukturierte Materialien. Der Zusammenhang zwischen Morphologie, chemischer Zusammensetzung und Eigenschaften der Nanostrukturen wird mithilfe der analytischen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in der unabhängigen Forschungsgruppe „Nanoanalytik und Grenzflächen“ am Max-Planck-Institut für Eisenforschung untersucht.

Jahrbuch 2014 (1. Beitrag): Eine neue Klasse aktiver und hochstabiler Brennstoffzellenkatalysatoren

Zusammenfassung:

Warum werden unsere Autos heute noch immer nicht serienmäßig von Brennstoffzellen angetrieben? – Einer der wichtigsten Gründe dafür besteht in dem Verschleiß der essentiellen Katalysatoren während des Brennstoffzellenbetriebs, was zu einer Abnahme der Aktivität bzw. einem kompletten Leistungsverlust führt. Forscher aus zwei Max-Planck-Instituten haben sich dieses Problems angenommen und in Kooperation gezielt neue nanostrukturierte Materialien entwickelt und analysiert; ein erster Durchbruch gelang nun mit einem Hochleistungselektrokatalysator mit hervorragenden Stabilitätseigenschaften.

Jahrbuch 2014 (2. Beitrag): Auf Biegen und Brechen – Mikromechanik an miniaturisierten Materialien

Zusammenfassung:

Werkstoffe unterschiedlicher Natur sind im Alltag extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die letztendlich ihre Lebensdauer bestimmen. Wie lange kann man Werkstoffe wiederkehrenden Belastungen aussetzen? Verhalten sich miniaturisierte Werkstoffe genauso wie makroskopische Werkstoffe? Gibt es neue mechanische Effekte bei Materialgrößen im Nanometerbereich? Antworten auf diese grundlegenden Fragen zu bekommen und zur Entwicklung robusterer Werkstoffe zu nutzen ist das Ziel der Forschung der neuen
Arbeitsgruppe Nano- und Mikromechanik am MPI für Eisenforschung.

Jahrbuch 2013: Nanostrukturierung von einer Milliarde Tonnen: Auf dem Weg zum atomaren Design neuer metallischer Legierungen

Zusammenfassung:

Metallische Werkstoffe bilden das Rückgrat modernen Industriegesellschaften, die ihre Wettbewerbsfähigkeit auf der Fertigung komplexer Produkte und Verfahren gründen. Die Grundlagenforschung an Metallen hat in den vergangen Jahren eine Revolution erfahren, die darauf beruht, dass die Struktur und die Eigenschaften von Legierungen auf atomarer Ebene vorhergesagt und experimentell überprüft werden können. Diese Verfahren erlauben das auf den atomaren Bausteinen der Materie aufbauende Design neuer Werkstoffe.

Jahrbuch 2012: Mit einer quantenmechanischen Doppelstrategie der Chemie moderner Stähle auf der Spur

Zusammenfassung:
Die Entwicklung moderner Stahlsorten läuft auf Hochtouren: Knapp 2400 gibt es, davon wurden 2000 in den letzten 10 Jahren entwickelt. Stähle, die zugleich fest und verformbar sind, stoßen unter anderem im Automobilbau auf großes Interesse. Doch wie kann man solche Stähle gezielt entwickeln? Welche Prozesse laufen auf atomarer Ebene ab? Und welche Rolle spielt der Kohlenstoff dabei? Wissenschaftler des MPI für Eisenforschung finden Antworten mit einer pfiffigen Doppelstrategie: Sie machen sich die Quantenmechanik sowohl in theoretischen wie auch in experimentellen Methoden zunutze.

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Jahrbuch 2011: "Sauerstoffreduktion im Fokus der Grenzflächenchemie" - oder: "Was haben Korrosion und Brennstoffzellen gemeinsam?"

Zusammenfassung:
Ob die Wasserstoffbrennstoffzelle die Antriebstechnik der automobilen Zukunft darstellt ist noch offen – sicher ist jedoch, dass Korrosion in vielen Bereichen der Technik ein ernst zu nehmendes Problem darstellt, denn nicht nur wer rastet, rostet. So unterschiedlich die beiden Prozesse erscheinen mögen, ihnen gemeinsam ist eine wichtige chemische Teilreaktion: die Sauerstoffreduktion. Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH in Düsseldorf wird diese Reaktion im Rahmen eines interdisziplinären Projektes untersucht, um Brennstoffzellen besser und Korrosionsschutz effizienter zu machen.

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Jahrbuch 2010: Metallurgie im 21. Jahrhundert: Quantenmechanisch geführtes Werkstoffdesign

Zusammenfassung:
Die Abteilungen von Prof. Neugebauer (Computergestütztes Materialdesign) und Prof. Raabe (Mikrostrukturphysik und Umformtechnik) haben eine neue Generation von Simulationsmethoden für die Werkstoffentwicklung eingeführt. Die Innovation des Ansatzes beruht auf der Verbindung von Quantenmechanik, Kontinuumstheorie und Experiment für metallurgisches Materialdesign.

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Jahrbuch 2009 (1. Beitrag): Strukturbildung und Korrosion - Der Einsatz von Synchrotronlicht zur in-situ Röntgenbeugung

Zusammenfassung:
Synchrotronstrahlung entwickelte sich in den letzten Jahrzehnten zu einer wichtigen Methode der Materialwissenschaften. Von großem Vorteil für die Korrosionswissenschaften ist die Möglichkeit, auch die atomare Struktur von niederdimensionalen Objekten zu erhalten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit von in-situ- Experimenten. Mit neuen Ergebnissen zur selektiven Auflösung einer Edelmetalllegierung und zur Zinkabscheidung aus ionischen Flüssigkeiten werden zwei Beispiele gegeben.

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Jahrbuch 2009 (2. Beitrag): Vorhersage von Materialeigenschaften auf dem Computer: Jüngste Erfolge quantenmechanischer Simulationsmethoden

Zusammenfassung:
In der modernen Materialforschung besteht ein wachsender Bedarf an leistungsfähigen und genauen Methoden zur Vorhersage von Materialeigenschaften. Eine Schlüsselgröße dafür ist die freie Energie einer Kristallstruktur. In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten moderner, auf der Quantenmechanik basierender Simulationsmethoden diskutiert, diese Energien zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass sie selbst komplizierte Sequenzen von Phasenübergängen korrekt vorhersagen können, womit sich für die Entwicklung und Optimierung innovativer maßgeschneiderter Materialien neue Perspektiven eröffnen.

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