Förderprojekt der VolkswagenStiftung

Entwicklung von supraleitenden Folien

Eine biegsame Kunststoff-Folie, in die ein Geflecht aus Hochtemperatur-Supraleitern eingebettet ist - ein solches Verbundmaterial wollen Experimentalphysiker der Universität des Saarlandes im Rahmen ihres neuen Projekts "Supraleitende Folien" entwickeln. Falls dies gelingt, wäre das der Beginn einer neuen Klasse von supraleitenden Materialien.

Das unter Leitung von Dr. Michael Koblischka durchgeführte Projekt der Arbeitsgruppe "Nanostrukturforschung und Nanotechnologie" von Prof. Uwe Hartmann wird von der VolkswagenStiftung in der Initiative "Experiment!" 18 Monate lang mit insgesamt 100000 Euro gefördert. Die Initiative unterstützt grundlegend neue Ideen mit ungewissem Ausgang. Das Projekt ist eines von 19 Vorhaben, die in der diesjährigen Ausschreibungsrunde aus insgesamt 630 Anträgen ausgewählt wurden.

Supraleiter, die bei Abkühlung den elektrischen Widerstand verlieren und verlustfrei Strom leiten können, sind seit rund hundert Jahren bekannt. Allerdings benötigen die klassischen Supraleiter, die aus Metallen bestehen, Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273 °C), was sie für viele Anwendungen wirtschaftlich unattraktiv macht. In den 1980er Jahren wurden die ersten Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt, die den verlustfreien Transport von Strom schon bei vergleichsweise höheren Temperaturen um -200 °C erlauben. Sie werden mit flüssigem Stickstoff gekühlt, der kostengünstig und leicht verfügbar ist. Da sie aus Keramiken bestehen, sind sie jedoch äußerst starr und spröde und daher nur eingeschränkt technisch einsetzbar.

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Um biegsame keramische Supraleiter herzustellen, haben Prof. Uwe Hartmann und sein Team an der Saar-Universität erstmals das Verfahren des Elektrospinnens benutzt, das bisher fast nur für Kunststoffe (Polymere) eingesetzt wurde. Dabei werden flüssige Vorläuferverbindungen (Präkursoren) durch eine feine Düse gepresst, die unter elektrischer Spannung steht. So entstehen hauchdünne Fäden, die mit einem Durchmesser von 100 nm oder weniger als tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar.

Dieses Geflecht feiner Fasern wird während einer Nachbehandlung erhitzt, so dass Supraleiter in der richtigen Zusammensetzung entstehen: Sie bestehen aus Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff (abgekürzt: "YBCO") oder ähnlichen Verbindungen. "Das Geflecht aus Hochtemperatur-Supraleitern ist deutlich ressourcenärmer als die herkömmlichen Keramiken und vor allem sehr biegsam", erklärt Uwe Hartmann.

In ihrem neuen Projekt "Supraleitende Folien" wollen die Saarbrücker Forscher nun noch einen Schritt weiter gehen: Das Geflecht aus Nanodrähten soll in eine Kunststofffolie eingebettet werden, die "biegsam und dünn wie eine Frischhaltefolie ist und in jeder Größe hergestellt werden kann", so Hartmann. Solche Folien wären eine völlig neue Klasse von supraleitenden Materialien, da sie die Vorteile der Supraleitung - den verlustfreien Energietransport - mit der Flexibilität und dem geringen Gewicht einer Folie verbinden könnten. Einsetzbar wären sie beispielsweise als flexible supraleitende Kabel oder als elektromagnetische Abschirmmaterialien, beispielsweise in der Medizin- oder in der Weltraumtechnik.

Doch noch sind die Forschungen hierzu ganz am Anfang: "Die Herausforderung für uns besteht nun darin, Kunststoffe zu finden, die bei Temperaturen um -200 °C biegsam sind und nicht mit den Supraleitern reagieren", erläutert Uwe Hartmann das Ziel des von der Volkswagen-Stiftung prämierten Forschungsprojekts.

Mit der Förderinitiative "Experiment!" unterstützt die VolkswagenStiftung grundlegend neue Forschungsvorhaben mit hohem Forschungsrisiko, zu denen es bisher kaum Vorarbeiten gibt. Mit der frei verwendbaren Anschubfinanzierung von 100000 Euro können Forscher während einer Phase von 18 Monaten erste Anhaltspunkte für die Tragfähigkeit ihres Konzeptes gewinnen. Weitere Infos zur Förderinitiative: www.volkswagenstiftung.de/foerderung/herausforderung/experiment.html

Kontakt:
Prof. Dr. Uwe Hartmann
Institut für Experimentalphysik
E-Mail: u.hartmann@mx.uni-saarland.de

Dr. Michael R. Koblischka
E-Mail: m.koblischka@mx.uni-saarland.de

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