2021-01-12 |
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bewilligte 1,6 Millionen Euro für die neue Forschungsgruppe von Nachwuchswissenschaftlerin Dr.-Ing. Maren Lepple am DECHEMA-Forschungsinstitut. Das Projektvorhaben „MEO-TBCs - Multikomponentige äquiatomare Oxide als Hochleistungsmaterialien für zukünftige Wärmedämmschichten“ wurde im Rahmen des BMBF Nachwuchswettbewerbs NanoMatFutur zur Förderung ausgewählt. Maren Lepple und ihre Nachwuchsgruppe arbeiten in den kommenden fünf Jahren an der Entwicklung und Charakterisierung von neuen Hoch-Entropie Oxiden für Hochtemperaturanwendungen.
Neue Materialien, die bei hohen Temperaturen in aggressiven Atmosphären über lange Zeit stabil sind, sind notwendig, um Verbrennungsprozesse, wie z.B. in Flugzeugturbinen, durch Steigerung der Prozesstemperatur effizienter zu gestalten. Dadurch kann der Verbrauch fossiler Brennstoffe und Abgasemissionen deutlich reduziert werden. Dies ist vor allem in der Luftfahrtbranche von Bedeutung, da einerseits die Transportaktivitäten im internationalen Flugverkehr kontinuierlich seit 1990 ansteigen, andererseits keine neuen nachhaltigen Antriebstechnologien, wie sie im Automobilbereich bereits ihre Anwendung finden, entwickelt wurden.
Zum Schutz der metallischen Bauteile in den heißesten Zonen einer Gasturbine werden keramische Wärmedämmschichten eingesetzt. Das bisher eingesetzte Material weist jedoch oberhalb von 1200 °C nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit im Langzeiteinsatz auf. Für eine höhere Effizienz der Turbine wird jedoch eine höhere Prozesstemperatur benötigt. „Eine neue vielversprechende Materialklasse für den Einsatz als Wärmedämmschicht bei Temperaturen über 1200 °C sind sogenannte multikomponentige äquiatomare Oxide, oder einfacher Hoch-Entropie Oxide“, erläutert Maren Lepple, „die erfolgsversprechende Eigenschaften wie Hochtemperaturstabilität, geringe Wärmeleitfähigkeit und gute mechanische Eigenschaften aufweisen, die für die Anwendung als Wärmedämmschichten entscheidend sind.“
Hoch-Entropie Oxide bestehen aus mindestens vier bis fünf verschiedenen Metallionen in ungefähr gleicher Konzentration. Sie bilden eine einzelne Phase aus und liegen in einer einfachen Kristallstruktur vor. „Durch die vielen möglichen Zusammensetzungen können gezielt Eigenschaften eingestellt werden. So sind diese Materialien nicht nur für Hochtemperaturanwendungen, wie sie in diesem Projekt im Fokus stehen, von Interesse, sondern auch als Elektrodenmaterialien in Batterien oder Katalysatoren. Durch die interdisziplinäre Ausrichtung des DFI habe ich die Möglichkeit, das Potential der Hoch-Entropie Oxide auch im Hinblick auf diese Anwendungen zu untersuchen und mit anderen Arbeitsgruppen, wie der Technischen Chemie oder Elektrochemie zusammenzuarbeiten“, freut sich die Nachwuchswissenschaftlerin.
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