„Röntgenblick“ für die Energieforschung

Das ZAE Bayern baut sein Zentrallabor zur Strukturanalyse (ZAE Analytics) mit einem hochmodernen Laborgerät zur Röntgenkleinwinkelstreuung aus. Die Anlage ermöglicht die strukturelle Analyse von Werkstoffen mit Strukturen deutlich unter einem Mikrometer – also dem millionsten Teil eines Meters. Da die makroskopischen Eigenschaften vieler Materialien eng mit ihrer Mikrostruktur verknüpft sind, lässt sich mit dieser Methode die Entwicklung von Werkstoffen für die Energietechnologie effektiv unterstützen.

So ist beispielsweise die Größe der Poren in Wärmedämmstoffen für deren Eigenschaften ganz entscheidend: Allein mit dem Übergang von Mikrometer-Poren in Schäumen, die typischerweise nur ein zehntel bis ein hundertstel Millimeter groß sind, zu Poren im Nanometerbereich, die nochmals um den Faktor 500 kleiner sind, gelingt es, sogenannte thermische Superisolationen bereit zu stellen, die drei bis fünf Mal besser dämmen als aktuelle Schäume oder Faserwerkstoffe.

Röntgenstrahlen für die Materialanalyse

Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen 1895 in Würzburg durch Wilhelm Conrad Röntgen wurde vor 120 Jahren ein neues Kapitel der Materialanalyse aufgeschlagen. Klassisch verwendet man die unterschiedliche Helligkeit, die die Strahlung nach dem Durchtritt durch ein Material auf einem Schirm hinterlässt, zur Detektion von Komponenten, die dem Auge ansonsten verborgen bleiben.

Eine andere Methode, Röntgenstrahlung zur Untersuchung von Objekten einzusetzen, ist die Röntgenkleinwinkelstreuung (small angle X-ray scattering: SAXS). Ähnlich wie ein Sonnenstrahl, der auf eine Milchglasscheibe trifft und gestreut wird, führt auch das Auftreffen eines Röntgenstrahls auf ein Material zu einer Streuung, die charakteristisch für das Objekt selbst ist und damit einen objektspezifischen Fingerabdruck darstellt. Besonders gut funktioniert diese Methode für kleine Strukturen von weniger als 100 Nanometer – also zehn millionstel Meter. Die Strukturen können dabei Phasen einer Materialkomponente, beispielsweise Einschlüsse, Poren, Partikel oder Schichten sein.

Das erste Gerät für die Energieforschung

Auch für den Hersteller der Anlage, die Firma Anton Paar, ist der Einsatz dieses Gerätes am ZAE Bayern etwas Besonderes: „Es ist das erste Gerät dieser Serie weltweit, das speziell für Fragestellungen in der Energieforschung genutzt wird. Wir freuen uns darauf, das Gerät gemeinsam mit dem ZAE Bayern in den nächsten Jahren um zusätzliche spezifische Optionen zu erweitern“, so Dr. Arlt, Produkt Manager Nanostruktur- und Oberflächenanalyse bei Antor Paar.

Die neue Anlage wird am ZAE Bayern in den Forschung und Entwicklung-Themenbereichen Wärmedämmung, Elektrochemie, Phasenwechselmaterialien, Photovoltaik und Infrarot-Funktionsschichten zum Einsatz kommen. In Kombination mit einem bereits vorhandenen hochauflösenden Rasterelektronenmikroskop stehen dem ZAE Bayern in Würzburg damit zwei hochleistungsfähige Messeinrichtungen zur Strukturanalyse in der Region zur Verfügung.

Die Anlage ist zwar brandneu, mit der Methode hat das ZAE Bayern allerdings bereits viel Erfahrung. Seit über 20 Jahren wird am ZAE Bayern die Kleinwinkelstreuung bereits zur Charakterisierung von Nanomaterialien für die Energieforschung genutzt. Die Messungen, die bisher vom ZAE Bayern an Großforschungseinrichtungen, wie dem Deutschen Synchrotron in Hamburg, ausgeführt wurden, können jetzt zeitnah vor Ort durchgeführt werden und damit als Tool in der Untersuchung und Entwicklung neuer Werkstoffe am ZAE Bayern eingesetzt werden.

Über das ZAE

Als eine der führenden Einrichtungen auf dem Gebiet der angewandten Energieforschung verbindet das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung exzellente Forschung mit einer schnellen Umsetzung der Resultate in die wirtschaftliche Praxis.

Die Hauptforschungsschwerpunkte des ZAE Bayern sind den Bereichen „Verstärkter Einsatz von Erneuerbaren Energien“ und „Steigerung der Energieeffizienz“ zugeordnet. Ein besonderes Merkmal des ZAE Bayern ist die wissenschaftliche Tiefe, von den Grundlagen bis hin zur Anwendung. Es entwickelt energiesparende Konzepte, Techniken und Anlagen und erschließt regenerative Energiequellen. In seiner Forschungsausrichtung verknüpft es in einem interdisziplinären Ansatz Materialforschung, Komponentenentwicklung und Systemoptimierung.

Mitglied des Vorstands ist unter anderen Professor Vladimir Dyakonov, der an der Universität Würzburg den Lehrstuhl für Experimentelle Physik VI (Energieforschung) inne hat.

www.zae-bayern.de

Pressemitteilung des ZAE