Hochleistungs-Mikroskop für Salzburg

Haslauer: Mit dem Transmissionselektronenmikroskop baut das Land Salzburg seinen Schwerpunkt Materialforschung aus

Salzburger Landeskorrespondenz, 12.03.2018
 

(HP)  Sein Name ist so lang wie seine Bedeutung groß: Seit kurzem verfügt Salzburg über ein Transmissionselektronenmikroskop. Das 1,2 Millionen Euro teure Gerät steht im Science and Technology Hub in Salzburg-Itzling. Elektronen durchstrahlen eine wenige Nanometer dünne Probe, um so die Anordnung und chemische Natur der einzelnen Atome im Material abzubilden.

Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) wird Beziehungen zwischen Herstellung, Struktur und Eigenschaften eines Materials erforschen. Dazu muss man wissen, welche Elemente sich an welcher Stelle im Material befinden.

"Mit dem TEM kann das Land Salzburg seinen Forschungsschwerpunkt in diesem Bereich ausbauen", betont Landeshauptmann Wilfried Haslauer. Für die Materialforschung im Bundesland und in ganz West-Österreich ist die Möglichkeit, Strukturen im atomaren und Nanobereich sichtbar zu machen, völlig neu. Fachleute in der Transmissionselektronenmikroskopie wurden dafür für die Universität Salzburg gewonnen. Diese sind auf modernste Methoden der Probenvorbereitung spezialisiert, der mikroskopischen Messung und dazugehöriger Analyse sowie Interpretation der Daten.

Schwerpunkt Materialforschung in Salzburg

Materialforschung ist ein Schwerpunkt in der Wissenschafts- und Innovationsstrategie 2025 (WISS) des Landes Salzburg. "Damit dieser Schwerpunkt betrieben werden kann, sind Fachkräfte und Spitzentechnologie unerlässlich", so Landeshauptmann Haslauer. Bei der Umsetzung der WISS hat das Land deshalb eine wissenschaftliche Postdoc-Stelle für den Bereich Materialwissenschaften für zwei Jahre finanziert. Die technischen Geräte, die eine solche Forschung begleiten, wurden über EU-Gelder aus dem Förderprogramm Interreg Österreich-Bayern beschafft. Land Salzburg und die Region profitieren also vom Rückfluss der Gelder. Als Teil der grenzüberschreitenden Kooperation wurde in Salzburg deshalb das TEM gekauft. Die Materialforschung wird konsequent verfolgt: "Derzeit befindet sich auch ein Wissenstransferzentrum zum Thema Smart Materials in Begutachtung für eine Bundesförderung", so Haslauer weiter. Hierbei handelt es sich um ein Projekt von Universität und Fachhochschule Salzburg, das sich zum einen mit biogenen Materialien mit Schwerpunkt Holz und zum anderen mit der Verknüpfung von Materialien mit digitalen Anbindungsmöglichkeiten wie Sensoren beschäftigen wird.

ITG begleitet standortrelevante Projekte

Diese standortrelevanten Projekte werden von der Salzburger Innovationsagentur ITG im Auftrag des Landes begleitet. "Wir stehen Forschungseinrichtungen und Unternehmen dort zur Seite, wo sie Unterstützung bei der Einreichung zu Förderungen benötigen", sagt Geschäftsführer Walter Haas. "Auch die Hilfe bei der Projektentwicklung und das Zusammenbringen der Partner gehört zu unserem Aufgabengebiet. Auf diese Weise tragen wir wesentlich zum Ausbau der Salzburger Stärken wie der Materialforschung bei."

Kooperation von Universität Salzburg und Hochschule Landshut

Der Bereich Leichtbau hat in der Materialforschung hierzulande einen besonderen Stellenwert. Die Grenzregionen Salzburg, Oberösterreich und Bayern warten mit starker Wirtschaft in der Fertigung und auch in der Zulieferung für die Fahrzeugindustrie oder im Maschinenbau auf. Die Hochschule Landshut hat deshalb bereits vor 14 Jahren das Leichtbau-Kompetenzzentrum sowie einen Studienschwerpunkt Leichtbau gegründet. Der Fachbereich Chemie und Physik der Materialien der Paris Lodron Universität Salzburg hingegen hat eine ausgewiesene Expertise in der Herstellung und Charakterisierung von leichten und ultraleichten Materialien, sogenannten Aerogelen, Nanomaterialien und Hybridmaterialien beziehungsweise Kompositen.

Beide Kompetenzen wurden mit Unterstützung von EU-Geldern zusammengelegt, um das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungszentrum für den Leichtbau "n2m – nano to macro" aufzubauen. Die Universität Salzburg bringt Know-how und Infrastruktur im Bereich der Nano-und Mikroanalyse ein. Die Hochschule Landshut erweitert dies mit ihren Analyse- und Charakterisierungsmöglichkeiten sowie ihrer einschlägigen Erfahrung zur Entwicklung, Fertigung und der Erprobung von neuen Werkstoffen für den Leichtbau. Der skalenübergreifende Forschungsansatz vom Nanometer zum Meter spannt damit den Bogen von der Entwicklung der Ausgangsmaterialien über die Untersuchung der relevanten Grenzflächen und Volumeneigenschaften zur Prozesstechnik, um effiziente Leichtbaustrukturen zu gestalten.

Material für die Luftfahrttechnik

Ein Beispiel ist die Verbesserung der Werkstoffbeständigkeit von Magnesiumknetlegierungen. Als Leichtmetalle besitzen sie ein hohes Anwendungspotential in Fahrzeug- und Luftfahrttechnik. In der Medizin können sie für die Herstellung bioabbaubarer Metallimplantate eingesetzt werden. Ein weiteres Teilprojekt beschäftigt sich mit der Verbesserung von Kompositen aus biogenen Polymeren, wie zum Beispiel Seide, und Glasverstärkungselementen.

Ziel ist es, Vorhersagen zu ermöglichen, wann und unter welchen Belastungen ein bestimmtes Material versagen wird. Für den Einsatz in der Praxis bedeutet das sowohl höhere Sicherheit, wenn es zum Beispiel um Verkehrsmittel geht. In der Industrie können Vorhersagen dafür eingesetzt werden, Stehzeiten durch Materialausfälle zu verhindern.

"Die Einrichtung eines Hochtechnologie-Elektronenmikroskopie-Labors ist für den Universitätsstandort Salzburg ein großer Gewinn. In der Forschung und in der forschungsgeleiteten Lehre wurde damit ein massiver Qualitätssprung erreicht", sagt Nicola Hüsing, Leiterin des Fachbereichs für Chemie und Physik der Materialien an der Universität Salzburg.

Aktuelle Fragestellungen aus dem Leichtbau beschäftigen sich mit Ressourceneffizienz, Verfügbarkeit von Rohstoffen, aber auch Herstellung, Struktur und Eigenschaftskorrelationen. Diese werden auch am Fachbereich bearbeitet. Um Antworten zu finden, werden unter anderem Materialproben bis kurz vor dem Materialversagen beansprucht und in diesem Zustand für die Untersuchung präpariert. Das bedeutet, dass sie auf die erforderliche Größe und Stärke (höchstens wenige Nanometer dick) gebracht werden müssen. So können Forscherinnen und Forscher nun mit mikroskopischen Analysen feststellen, wie das Material auf atomarer Ebene aussieht oder welche Defekte dabei auftreten oder ausgelöscht werden. Es kann also festgestellt werden, welche Veränderungen sich im Vergleich zum unbelasteten Material ergeben haben. Solche Erkenntnisse sind die Ausgangsbasis für die Weiterentwicklung von Werkstoffen, also Verbesserungen der Eigenschaften hinsichtlich weniger Materialbrüche, weniger Anfälligkeit für Korrosion oder längerer Lebensdauer.

Aktuelle Forschungsprojekte

Die Kompetenzen in der kontrollierten Herstellung von anfassbaren Materialien aus winzigen Nanostrukturen am Fachbereich Chemie und Physik der Materialien sind österreichweit einzigartig. Dazu gehören zum Beispiel superleichte Aerogele, die immer noch eines der weltbesten Wärmeisolationsmaterialien darstellen. Dafür ist die Transmissionselektronenmikroskopie als Untersuchungsmethode bedeutend.

Aktuelle Projekte sind die Entwicklung von neuen Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Akkus, Brennstoffzellen und Superkondensatoren, neuen Leuchtmitteln, Photokatalysatoren und -elektroden oder auch neuartige Materialien, die als Sensor dienen. Letztere reagieren auf chemische oder physikalische Veränderungen in der Umgebung.

Das Material "spricht" zu den Forschern

"Wir arbeiten hier an den Grundlagen", sagt Hüsing, "im Praxiseinsatz zu einem viel späteren Zeitpunkt könnten damit aber Materialien, die auf bestimmte Einflüsse sichtbar reagieren, hergestellt werden. Zum Beispiel könnte das Sensormaterial feststellen, dass die Umgebung feucht ist und durch eine Farbveränderung sichtbar darauf hinweisen. Das ist dort sinnvoll, wo es keine Feuchte geben sollte und die Veränderung somit als Warnung dient." Aktuelle Forschungsergebnisse werden auch in die Lehre zurückgespiegelt. "Somit erhalten unsere Studierenden die Möglichkeit, an aktuellen Forschungsergebnissen teilzuhaben und ihre eigenen Forschungsleistungen zu erstellen", betont Hüsing. 180312_51 (grs/mel)

Weitere Informationen: Christian Blaschke, Büro Landeshauptmann Wilfried Haslauer, Tel.: +43 664 5917126, E-Mail: christian.blaschke@salzburg.gv.at.

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