Materialwissenschaft, Doru C. Lupascu Prof. Dr. rer. nat. habil.
Oktober 2023 Herzlichen Glückwunsch Felix Paul
Unser Doktorand Felix Paul ist jetzt Herr Dr. Felix Paul!
Er hat nach 3,5 Jahren seine Promotion erfolgreich abgeschlossen. Während seiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter an unserem Institut hat er die mechanische Eigenschaften vom Meereis erforscht und war mit dem Schiff Agulhas II dreimal in der Antarktis. Das Projekt lief im Kooperation mit der University of Cape Town.
Wir wünschen Dr. Paul alles Gute!
Juli 2023 Artikel über das Projekt UpCement im Forschungsmagazin der UDE
Mehr Upcycling statt Downcycling, dass wollen wir am Institut für Materialwissenschaft im Projekt UpCement erreichen. Zu diesem Thema ist im Forschungsmagazin der UDE in der Ausgabe 2023 ein Artikel erschienen, welcher einen kurzen Einblick in unsere Forschungsarbeit gewährt. Um den kompletten Artikel zu lesen, klicken Sie auf den Link unter dem Bild.
Juni 2023 Congratulations Astita Dubey
Our PhD candidate M.Sc. Astita Dubey is now Dr. Astita Dubey! We wish her all the best. Soon she will spend one year at Oak Ridge (USA) to carry out more research on photocatalysis and perovskites thanks to the DAAD Prime program.
August 2022 Hattrick: Third Student Poster Award for Astita Dubey
At the 2022 joint ISAF-PFM-ECAPD conference, our scientist Astita Dubey received a poster award for her paper "Ferroelectricity in doped Bismuth Ferrite Nanoparticles", her third poster award overall. Ms. Dubey received certificate along with prize money and other gifts from the IEEE organizing committee.
Ferroelectricity in Gd and Mn doped Bismuth Ferrite (Bi0.95Gd0.05Fe0.95Mn0.05O3) nanoparticles (NPs) are investigated using piezoresponse force microscopy (PFM). Local PFM hysteresis loops confirm the switching of polarization direction in all NPs and validate the ferroelectricity in these NPs. Gd doping into BiFe0.95Mn0.05O3 NPs results in large increase in PFM signal. Bi0.95Gd0.05Fe0.95Mn0.05O3 NPs retain the polarized state at least till 24 hrs. Gd distorts the pristine crystal structure of BiFeO3 and affects the relative displacement of Bi and Fe cations along the polar axis [111]c. Such properties of NPs can be utilized in piezo-photocatalysis, photovoltaics and electrocatalysis.
We all cordially congratulate Ms. Astita Dubey on the award and best wishes for her future research. Keep it up!
August 2022 Ministerin Mona Neubaur zu Besuch am Institut für Materialwissenschaft
Um sich eine Bild vom Projekt UpCement zu machen, hat Energie- und Wirtschaftsministerin Mona Neubaur während Ihrer Circular Economy-Tour auch einen Stop bei uns in Essen eingelegt. Im Rahmen des Besuchs hat Herr Prof. Lupascu der Ministerin zu Beginn in einem kurzen Vortrag einen Überblick über unsere Arbeit am Institut und das Projekt UpCement gegeben. Anschließend ging es dann auf einen Rundgang durch unsere Labore. Hier wurden der Ministerin von den Mitarbeiter*innen des Projekts die einzelnen Abläufe in den Laboren und die veschienden Versuchsaufbauten gezeigt und erklärt.
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Wissenschaftler unterwegs ins Eis der Antarktis - SCALE Winter Cruise 2022 Nach 3 Jahren wieder in die Antarktis
Im Zeitraum vom 11.-31.07.2022 hat Felix Paul an einer Expedition in die Marginale Eiszone der Antarktis (MIZ) teilgenommen. Eisige Temperaturen, raue See und kaum Internet waren stetiger Begleiter auf der diesjährigen Expedition.
Die marginale Eiszone ist im Gegensatz zum Kontinent der Antarktis eine stetig variierende Eisfläche mit einer Eiskonzentration zwischen 20 und 80% auf dem Ozean. Insgesamt gefriert und schmilzt rund um den Kontinent Antarktis jährlich eine Eisfläche von ca. 19 Millionen km2. Trotz dieser Größe und des Einflusses auf das globale Klima und Ökosystem ist dieses Gebiet bisher kaum untersucht worden. Ziel der Expedition war es, ähnlich wie während der zwei früheren Expeditionen im Jahr 2019, an denen wir teilgenommen haben, möglichst viele Informationen über die Gegebenheiten in der MIZ zu sammeln. Der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Materialwissenschaft lag, zusammen mit dem Sea Ice Team der Universität von Kapstadt, in diesem Rahmen auf der Erforschung der mechanischen Eigenschaften von Meereis.
Die zwei Experimente des Instituts für Materialwissenschaft umfassten die Messung der rheologischen Eigenschaften von Frazil-Eis und die Festigkeitsbestimmung von Meereis. Das Frazil Eis ist das erste Eis, was im Gefrierprozess der MIZ entsteht. Dieses Eis wurde mit Hilfe eines selbstentwickelten Frazil Ice Collectors aus dem Meer gewonnen und anschließend mit einem Rheometer untersucht. Die Festigkeit von Meereis wurde mit einem selbstentworfenen handbetriebenen Druckversuch gemessen. Dazu wurden Meereisproben aus Eisschollen (Pancakes) oder konsolidiertem Meereis mit Hilfe eines Kernbohrers gewonnen. Die Proben hatten einen Durchmesser von 9 cm und die Länge entsprach der Dicke des Eises. Um das Eis im Druckversuch testen zu können wurden die Proben in kleinere Stücke zersägt und anschließend im Druckversuch bis zum Versagen belastet. Dieser Versuch liefert Erkenntnisse über das Verformungsverhalten von Meereis und die maximale Belastung bis zum Versagen. Beide Versuche wurden schnellstmöglich nach der Gewinnung der Proben durchgeführt, um zu verhindern, dass sich u.a. die Kristallstruktur des Eises ändert.
Die SCALE-Expeditionen werden von der South African National Research Foundation (NRF) über das South African National Antarctic Programme (SANAP) finanziert, mit Beiträgen des Department of Science and Innovation und des Department of Environmental Affairs.
Mai 2022 40t Altbeton für die Forschung
Um das vor kurzem gestartete Projekt UpCement bearbeiten zu können, benötigen für unsere Untersuchungen eine große Menge an sortenreinem Altbeton, aus dem wir den für uns interessanten Zementstein abtrennen können. Die benötigte Menge von 40 Tonnen Altbeton hat uns die Stadt Aachen, bei der wir uns hiermit noch einmal bedanken möchten, vom Abbruch der Brücke Turmstraße in Aachen bereitgestellt.
Insgesamt sind wir für das Abbruchmaterial zweimal von Essen nach Aachen gereist. Die erste Reise war am 18.05.2022 zur Brücke Turmstraße, um die Abbrucharbeiten der Brücke zu begutachten. Hierbei stand eine Sichtung der Lage der Brücke, der Umgebungsbedingungen und der Abbruchgeräte im Vordergrund.
Eine zweite Reise fand am 30.05.2022 auf den Bendplatz in Aachen statt. Hier wurde das eingesetzte Gerät zum brechen des Abbruchbetons und das Abbruchmaterial sorgfältig betrachtet und untersucht. Außerdem wurden zwei LKW´s Abbruchmaterial beladen, um 20 Tonnen des Abbruchmatereials nach Essen und 20 Tonnen zu unserem Projektpartner nach Freiberg in Sachsen ans Institut für Aufbereitungsmaschinen und Recyclingsystemtechnik (IART) zu liefern.
April 2022 Projekt UpCement gestartet
Am 21.04.2022 ist unser Projekt UpCement gestartet. Im Laufe des Projekts werden wir gemeinsam mit dem Institut für Baubetrieb und Baumanagement und dem Institut für Aufbereitungsmaschinen und Recyclingsystemtechnik (IART) der Technischen Universität Bergakademie Freiberg daran forschen, die CO2-Emissionen bei der Produktion von Zement zu reduzieren, indem wir den erhärteten Zementstein, welcher im Altbeton vorhanden ist, vom Gestein trennen und anschließend wieder reaktivieren, um daraus neuen Zement herzustellen.
Gefördert wird das Projekt vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen. Die Förderungsdauer beträgt 36 Monate.
600kg CO2-Emissionen bei der Herstellung einer Tonne Zement:
Zement besteht aus einem Gemisch aus fein gemahlenem Zementklinker, Kalziumsulfat und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen wie z.B. natürliche Puzzolane, Hüttensand oder Flugasche. Der Ausgangsstoff zur Herstellung des Klinkers ist wiederum ein Rohstoffgemisch aus Kalziumoxid (CaO), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3). Ein natürlich vorkommendes Gemisch dieser chemischen Bestandteile ist der Kalksteinmergel (er enthält CaCO3, Tonminerale, Dolomit (CaMg(CO3)2), Quarz, und Gips) welcher in Steinbrüchen als Gestein gewonnen, zu Schotter gebrochen und auf Halden zwischengelagert und homogenisiert wird. Anschließend wird das Rohmaterial zu Rohmehl gemahlen und getrocknet.
Um den für die Zementherstellung benötigten Klinker aus dem Rohmehl herzustellen, muss das Rohmehl für die chemischen und mineralogischen Reaktionen bei Temperaturen von bis zu 1450 °C im Drehofen gebrannt werden. Hierbei entsteht als Zwischenschritt Branntkalk (CaO) unter Freisetzung prozessbedingter CO2-Emissionen. Aus Kalkstein (CaCO3) wird somit Branntkalk (CaO) und prozessbedingter Kohlenstoffdioxid (CO2). Zusätzlich entstehen zu den prozessbedingten CO2-Emissionen bei der Herstellung von Zement dann noch CO2-Emissionen durch die Brennstoffe.
Pro in Deutschland hergestellter Tonne Zement entstehen somit rund 600 kg CO2, wovon rund zwei Drittel auf rohstoffbedingte Prozessemissionen und ein Drittel auf Brennstoffemissionen entfallen. Für die Gesamtbilanz an CO2-Emissionen bedeutet dies, dass im Jahr 2019 bei der Zementproduktion in Deutschland etwa 20 Mio. Tonnen CO2 emittiert wurden, was wiederum ca. 3 % der gesamten deutschen CO2-Emissionen entspricht. Weltweit beläuft sich der Anteil der durch die Zementproduktion entstandenen CO2-Emissionen sogar auf 7 %. Damit ist die Zementherstellung die größte Einzelquelle dieses Treibhausgases.
Februar 2021 Best Student Presentation Award for Astita Dubey
At the ferroelectric conference “Fundamental Physics of Ferroelectrics 2021” our research scholar Astita Dubey received the best student presentation award for her contribution “A-site Doped BiFe0.95Mn0.05O3 Nanoparticles for the Photocatalytic Applications”. Ms. Astita Dubey received a 150 dollar with certificate from the organizing committee of the conference.
Bismuth Ferrite (BFO) Nanoparticles (NPs) not only display multiferroic properties at room temperature (RT) but they are also good visible light absorbers with a narrow band gap of 2.18 eV. BFO is also known for its large spontaneous ferroelectric polarization at RT yielding a large pyroelectric coefficient. All these properties together can be utilized in photocatalysis, photovoltaics and data storage.
Ms. Astita Dubey has explored the Bi site cation doping effect on BiFe0.95Mn0.05O3 NPs. An enhanced photocatalytic efficiency for the degradation of organic dyes in water was achieved via tuning the band gap, increased surface area of NPs and exploiting ferroelectric behavior.
More details can be found on the poster in the university building V15 S05 next to V15S05D08. For online view, you can visit on this website https://www.materialsbydesign.org/student-postdoc-award-winners-2021.
We all warmly congratulate Ms. Astita Dubey on the award and best wishes for her research!
Juli 2020 Masterarbeit der Materialwissenschaft gewinnt Innovationspreis
Die Sparkasse am Niederrhein lobt seit mehreren Dekaden den Innovationspreis Ingenieurwissenschaften für hervorragende und anwendungsbezogene Arbeiten aus der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen aus. Hierfür werden von einem Komitee jährlich aus zahlreichen Einreichungen die beste Dissertation und die beste Masterarbeit ausgewählt. Der Preis für die beste Masterarbeit wurde für das Jahr 2019 an Herrn Felix Paul verliehen.
Seine Abschlussarbeit mit dem Titel „Physical properties of granular frazil ice“ beschäftigt sich mit den physikalischen Eigenschaften von Frazil Eis in der Antarktis. Frazil Eis ist das erste Eis, welches in der Antarktis im jährlichen Gefrierprozess entsteht. Die Frazil Eis Konzentration ist die Basis für die Agglomeration der Eiskristalle zu Eisschollen und der anschließenden vollständigen Bedeckung des Südpolarmeeres mit einer geschlossenen Eisdecke. Diese wiederum beeinflusst in hohem Maße die globale Strahlungsbilanz und die Erderwärmung. Frazil Eis ist somit von großer Bedeutung für das globale Klima. „Der Preis wird für eine wirklich spannende Arbeit verliehen. Ich danke Herrn Felix Paul, Dr.-Ing. Tommy Mielke, Dr.-Ing. Carina Nisters und Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schröder für den tollen Einsatz während der Expedition .“, dankte Prof. Lupascu dem Preisträger nach der Preisverleihung. Auch der Preisträger selbst war überglücklich: „Ich danke der Sparkasse am Niederrhein und dem Förderverein Ingenieurwissenschaften für die Verleihung des Preises. Ein großer Dank geht ebenfalls an meine Betreuer, ohne diese wäre die Arbeit nicht in diesem Umfang und der Qualität möglich gewesen.
März 2020 Kick-Off im DFG Schwerpunktprogramm 2196
Perovskite semiconductors: From fundamental properties to devices
Since the start of this year the Deutsche Forschungsgemeinschaft has been funding the Priority Program SPP 2196, Perovskite semiconductors: From fundamental properties to devices. It addresses the investigation of the new class of solar light absorber materials which promise a solar cell type of much reduced production and energy cost. The programme focuses on the fundamental working mechanisms of the perovskite materials, in particular structural, optical, electronic, and magnetic properties and, most importantly, their correlations. The consortium consists of 21 projects and unites about 100 researchers throughout the country.
Our institute takes part in the SPP with the project “Dielectric Effects in Hybrid Perovskites: Impact on Charge Carriers and Anisotropy” jointly with Prof. Niels Benson (Institute of Technology for Nanostructures, UDE). The aim of this project is to understand the underlying transport and screening mechanisms of the hybrid perovskite absorber materials using ferroelectric and dielectric studies as well as selective transport property testing.
The kick-off meeting took place in Potsdam on 12th-13th of March 2020 and marked the beginning of the Priority Programme with many fruitful discussions about future work and collaborations between the different groups. General information on the program can be found here (https://www.perovskite-spp.uni-konstanz.de/spp-2196/). A first glance at the research that will be conducted at the University of Duisburg-Essen is given here (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201700600/abstract; https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5090947).
The Hyperpolaron (right): A combined charge species of a polaron (left) and a micellon (center) structure found in perovskite solar cell materials (MA = Methylammonium ion).
September 2019 Recyclingplastik im Straßenbau
Wissenschaftler unterwegs ins Eis der Antarktis - SCALE Winter Cruise 2019 Eine Reise in das antarktische Meereis
Im Juli und August 2019 begaben sich vier Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen für drei Wochen auf eine Expedition in den Südlichen Ozean und die Marginale Eis Zone (MIZ) der Antarktis. Sie waren zusammen mit 100 Wissenschaftlern aus 13 Nationen unterwegs auf dem südafrikanischen Forschungsschiff S.A. Agulhas II, um in vielzähligen Experimenten die Eigenschaften des Meereises zu untersuchen.
Das Sea-Ice Team auf der Winter Cruise 2019 mit einer kleinen Pancake-Eisscholle auf
dem Heli-Deck. ©Sea Ice Team, SCALE Winter Cruise 2019.
Die Wissenschaftler Dr.-Ing. Tommy Mielke und Felix Paul, B.Sc. vom Institut für Materialwissenschaften, sowie auch Prof. Jörg Schröder und Dr.-Ing. Carina Nisters vom Institut für Mechanik waren Teil eines interdisziplinären Projekts, finanziert durch das SA National Antarctic Project (Southern Ocean Seasonal Experiment – SCALE), um die Bedingungen in der Antarktis-Region ins Besondere in den Wintermonaten zu erforschen.
Die Polarregionen der Erde sind bedeckt von Meereseis, welches angetrieben durch atmosphärische Bewegungen, Wellenbewegungen und Meeresströmungen einer stetigen Dynamik ausgesetzt ist. Das Meereis spielt eine wichtige Rolle in der Bestimmung des Polar-Klimas und man geht davon aus, dass es auch einen entscheidenden Einfluss auf das Weltklima hat. Die Kräfte innerhalb des Agglomerats des Eises führen zur Bildung von so genanntem „Pancake“-Eis. Die Erforschung dieser Region ist eine wichtige Aufgabe für viele natur-und ingenieurwissenschaftliche Disziplinen.
Das multidisziplinäre Forschungsvorhaben der Cruise wurde geleitet von Associate Professor Marcello Vichi dem Direktor des Marine Research Institute an der Universität Kapstadt (UCT), und umfasste 17 verschiedene Forschergruppen mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten aus den Bereichen Biologie, Chemie und Ingenieurwissenschaften. Eines der Forschungsteams, welchem auch die vier Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen angehörten, war das Sea-Ice Team unter der Leitung von Associate Professor Sebastian Skatulla (UCT). Während der Expedition konnte die Sea-Ice Gruppe erfolgreich Bohrkerne sowohl aus konsolidiertem Eis als auch aus „Pancake“-Eis entnehmen. Mit Hilfe dieser Bohrkerne konnten physikalische, chemische, biologische und mechanische Eigenschaften des Eises bestimmt werden. Unter anderem wurden Festigkeitsuntersuchungen, Untersuchungen zur thermischen Leitfähigkeit und zum Salzgehalt durchgeführt. Außerdem wurden mit einer vom Institut für Materialwissenschaft speziell für diese Expedition konstruierten Apparatur Proben des sogenannten Frazil-Eises genommen. Als Frazil-Eis bezeichnet man ein Gemisch aus Ozean-Salzwasser und ersten kristallinen Strukturen von Eis zwischen den Eisschollen. Für dieses Gemisch wurde neben dem Salzgehalt und der Temperatur insbesondere die Viskosität gemessen. Teil des Sea-Ice Teams waren ebenso Elektro-Ingenieure der UCT, die mit dem Einsatz von Bojen die Bewegungen der Eisschollen gemessen haben. Ein weiteres Projekt galt unter anderem der Beobachtung von Meereisbewegungen zur Definition der Grenzen der MIZ.
Mehr Infos zum Projekt finden Sie auf der Sea-Ice Projekt-Seite.
August 2019 Relaxor-project started
In the DFG and ANR funded project “RelaxSolaire” scientists of the Institute of Material Science of the University Duisburg-Essen and scientists of the Institute of Structure Properties and Modelizing of Solids of CentraleSupélec are working together to investigate the application of ferroelectric relaxors as absorber material for solar cells.
In the last years power conversion efficiencies in solar cells with perovskite absorbers have reached up to 23 %. To broaden the field of absorber materials, ferroelectric relaxors are in the focus of this research. The ferroelectric layer provides a polarization-induced internal electric field which can help in separating the photo-excited carriers. The photovoltage is not limited to the band gap of the material. These properties could lead to an optimized device with a better performance.
Juli 2019 Finalist of Best Student Paper Award for Astita Dubey
At the 2019 IEEE ISAF-ICE-EMF-IWPM-PFM Joint Conference in Lausanne, Switzerland, our research scholar Astita Dubey received the diploma of finalist of best student paper award for her contribution ‘Tuning Optical, Structural and Multiferroic Properties of Bismuth Ferrite (BiFeO3) Nanoparticles by co-doping with Ba and Mn’.
Bismuth Ferrite (BFO) Nanoparticles are single phase multiferroic materials exhibit magnetoelectric properties at room temperature with a narrow band gap 2.18 eV. Due to these features it can potentially be utilized in the avenues of data storage, sensors and photo catalysts.
As a part of her Ph.D. research, Ms. Astita Dubey has explored the Ba and Mn co-doping effect on BFO Nanoparticles. The enhancement of ferromagnetic properties with retaining ferroelectric behavior as well as tuning of band gap was explored via Ba and Mn co-doping into the BFO lattice system.
For more details, the poster hangs in the showcase in V15 S05, University building V15.
We congratulate Ms. Astita Dubey on her achievement and best wishes for her upcoming research!
März 2019 Prof. Qiming Zhang (Pennsylvania State University) wins Humboldt Award
Prof. Qiming Zhang from Pennsylvania State University is a world leading material scientist in electro-active polymers. His research has been fostering the efficiency of ferroelectric polymers offering very high voltage resistance, high dielectric constant and exceptionally high strains, ideal for “soft” actuation in muscle replacement or active little robots of the size of insects. High density energy storage materials are his second specialty.
Prof. Qiming Zhang is hosted by Professor Doru C. Lupascu at the Institute for Materials Science of the University of Duisburg-Essen.
Februar 2019 Promotion Kevin Voges M.Sc.
Herr Kevin Voges M.Sc., wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Materialwissenschaft der Universität Duisburg-Essen, hat am 14. Februar 2019 erfolgreich seine Promotion zum Thema „Herstellung von Wärmedämmstoffen aus Polyvinylalkohol-Kompositen mittels Freeze Casting“ mit seiner Disputation bestehend aus einem Vortrag und anschließender Prüfung abgeschlossen.
Herr Voges konnte in seiner Arbeit zeigen, dass Polymerschäume, die über den Freeze-Cast-Prozess hergestellt werden, deutlich höhere Festigkeiten aufweisen als konventionelle Schäume bei vergleichbar geringen Wärmeleitfähigkeiten. Im Freeze-Casting wird gesättigtes Wasser gerichtet vereist. Es entstehen Porenkanäle aus Eis und eine Gerüststruktur aus Polymer. Bei geeigneter Nachbehandlung können so sehr stabile anisotrope Schäume hergestellt werden.
Januar 2019 Engineer´s Night der Fakultät für Ingenieurwissenschaften
In diesem Jahr nahm das Institut für Materialwissenschaft zum ersten Mal an der Engineer´s Night in Duisburg teil. Das Institut präsentierte den Besuchern dabei ihre Forschungsschwerpunkte.
Neben technisch interessierten Bürgerinnen und Bürgern, zählten auch Schülerinnen und Schüler, die sich für ein Studium interessieren, zu den Besuchern. Gezeigt wurden neben den typischen Bauthemen Isolation, Beton und Asphalt auch die Themen Solar und Ferroika. Präsentiert wurden dabei unter anderem im Labor hergestellte Solarzellen, Kristalle, Asphalt- und Betonprobekörper.
Außerdem wurde an einem eigens für die Veranstaltung hergestellter Aufbau die Funktionsweise von offenporigem Asphalt demonstriert.
November 2018 Dr. Maryam Khazaee successfully Completes her PhD on Solar Cells
Dr. Maryam Khazaee has successfully completed her PhD-thesis on “Materials for Halide-Based Thin Film Solar Cells”. During her thesis Dr. Khazaee has shown that a number of Silver-Bismuth-Iodide composites can serve as solar cell absorbers. In particular she has shown that vapor deposition techniques allow to prepare dense and effective solar cell absorber layers. Presently, the search for replacement of the toxic Lead in the so successful Methylammonium Lead Halides perovskite solar cell absorbers drives the research in other compounds of the halides that can potentially be less toxic and better withstand the commonly encountered fast deterioration of cell performance in this material family.
Oktober 2018 10 Jahre Materialwissenschaft
Am 01. Oktober 2018 jährte sich der Wechsel des Instituts für Bauphysik und Materialwissenschaft zum Institut für Materialwissenschaft. In diesen zehn spannenden Jahren gab es viele Veränderungen, in denen Menschen aus über 20 Nationen gekommen und gegangen sind. Vieles wurde erreicht, manches nicht, Dinge sind passiert, mit denen man rechnete, aber auch viele, die man nicht erwartet hatte.
Alle, die diese 10 Jahre ermöglicht, gestaltet und begleitet haben, waren am 12. Oktober 2018 eingeladen. Nach einer kurzen Übersicht über bisherige und zukünftige Forschung am Institut sowie einem anschließenden Laborrundgang endete die Veranstaltung in einem gemütlichen Zusammensein mit Essen, Bier und Wein.
September 2018 Best-Poster-Preis für Maksim O. Karabasov
Auf der Thermag VIII (International Conference on Caloric Cooling) -Tagung in Darmstadt erhielt unserer Masterstudent Maksim O. Karabasov für seinen Beitrag “Anisotropy of the electrocaloric effect in Barium Titanate” den Best-Poster-Preis. Der elektrokalorische Effekt wird als ökologisch-freundliche Alternative zu konventionellen Kühlsystemen betrachtet. Im Rahmen seiner Masterarbeit hat Herr Karabasov den Einfluss der elektrischen Feldrichtung auf die Größe des elektrokalorischen Effekts in Barium Titanat Einkristallen untersucht. Er hat gezeigt, dass der Effekt für bestimmte Feldrichtungen sein Vorzeichen ändert, was für Anwendungen vielversprechend sein könnte.
Wer Interesse hat, kann sich das Poster im Universitätsgebäude V15 ansehen.
Es hängt im Schaukasten in V15 L01, L-Gang.
Wir gratulieren Herrn Karabasov alle ganz herzlich zu dem Preis!
September 2018 Promotion Tommy Mielke M.Sc.
November 2017 Ferroic Functional Materials
Prof. Dr.-Ing. Jörg Schröder (Institut für Mechanik) und Prof. Dr. rer. nat. habil. Doru C. Lupascu haben im Rahmen ihrer Zusammenarbeit über funktionelle ferroische Werkstoffe ein Buch herausgegeben mit dem Titel "Ferroic Functional Materials - Experiment, Modeling and Simulation". Das Buch erscheint beim Springer-Verlag und beschreibt die Theorie und Experimente zu ferroelektrischen, ferromagnetischen, ferroelastischen sowie magnetoelektrischen Materialien.
Den Link zum Buch finden Sie hier.
Mai 2017 Why are perovskite solar cell materials so good?
Many different types of solar cells have been devised in the last decades. The fastest development so far has been observed with the perovskite solar cell absorbers. Within a few years, power conversion efficiencies have gone up to 22% for a single cell. Lifetimes up to one year have been confirmed.
One of the most puzzling effects in these material is the low impact of defects on electron transport. Apparently, the number of defects can be a multitude of those permitted in classical semiconductors and electron mobility remains practically unaffected.
In a paper just published in Advanced Energy Materials, we have been able to explain this unusual behavior by dielectric effects. A particular mechanism of charge screening appears to be the fundamental reason why these materials behave so exceptionally good.
For a detailed read please click here.
Oktober 2016 Sparkassenpreis für Dr. Danka Dittmer-Gobeljic
Die Sparkasse Duisburg zeichnet alljährlich die besten Abschlussarbeiten der Universität Duisburg-Essen mit einem Preis aus. In diesem Jahr wurden vier Promotionen und fünf Abschlussarbeiten geehrt. Danka Dittmer-Gobeljic hat mit ihrer Promotionsschrift zum Thema „Polar Microstructure and Nanoscale Electromechanical Behavior of Lead-Free Piezoelectric Ceramics“ die Jury überzeugt. In den Augen der Juroren hat sie eine brillante Leistung abgeliefert.
Frau Dr. Dittmer-Gobeljic hat sich in ihrer Dissertation mit lokaler Ordnung und Unordnung in einer speziellen Klasse von ferroelektrischen Werkstoffen beschäftigt. Diese „Relaxoren“ bieten für die Anwendung besonders große piezoelektrische Koeffizienten. Sie sind insbesondere für „Smart Material“-Anwendungen in adaptiven Systemen wichtig. Bisher waren die mikroskopischen Mechanismen, die zu dem besonders großen Koeffizienten führen, in großen Teilen unverstanden. Frau Dittmer-Gobeljic hat hierzu wichtige Beiträge aus der Analyse von Domänenbilder der Piezokraftmikroskopie auf der Nanoskala geliefert und ein besseres Verständnis ermöglicht.
Wir gratulieren ihr alle ganz herzlich zu dem Preis!
This thesis was funded by the European Union in the Initial Training Network (ITN) NANOMOTION contract number FP7-People-2011-ITN-290158.
Juli 2016 BMBF project "EkoMarI" at CERN
Besides nuclear physics, CERN also offers a number of facilities for solid state and materials research. Among these, ISOLDE* offers the use of short to medium lived isotopes for solid state research. In the new BMBF-project EkoMarl “Verbundprojekt 05K2016 - EkoMarI: Erforschung kondensierter Materie mit radioaktiven Ionenstrahlen”, the BMBF supports solid state research at ISOLDE through running the solid state activity at ISOLDE and improving the relevant equipment for solid state research at CERN. EkoMarl unites activity from UDE with Göttingen University and Ilmenau University of Technology.
The Institute for Materials Science at UDE coordinates the solid state activity at ISOLDE via the project EkoMarl.
*The On-Line Isotope Mass Separator, also known as the ISOLDE Radioactive Ion Beam Facility, is a facility located at CERN on the PS Booster. It started operating in 1967 and was rebuilt twice with major upgrades in 1974 and 1992.
ISOLDE (Isotope Separator On Line DEtector) is dedicated to producing radioactive nuclei for a number of applications covering nuclear, atomic, molecular and solid-state physics, but also biophysics and astrophysics. The large variety of available species allows the systematic study of atomic and nuclear properties and exotic decays far from the line of stability. As of 2006, more than 60 physics experiments are active there.
Radioactive nuclei are produced at ISOLDE by impinging a high energy beam of protons on a stationary target. There are a number of target materials depending on the desired final species. Collisions between the proton beam and the target produce a variety of fragments, which are extracted from a very hot target as a vapor, which is then selectively ionized by, e.g., laser ion sources, accelerated to low 60keV energy and finally, magnetically mass separated to yield the desired element/isotope. The time required (few ms) for extraction places a lower limit on the half-life of isotopes which can be produced by this method. Once extracted, the isotopes are collected to be used off-line or directed either to one of several detector on-line stations. Alternatively, mainly for nuclear physics purposes, the isotopes can be then accelerated at the new High-ISOLDE accelerator complex to attain higher energies (several MeV/nucleon).
The facility is operated by the ISOLDE Collaboration comprising CERN and 9 European countries.
Further information on the work at ISOLDE can be found here.
Juni 2016 Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis für PD Dr. Shvartsman
Mit dem Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis im Jahr 2016 wurden die herausragenden Leistungen von unserem Mitarbeiter PD Dr. Vladimir V. Shvartsman gewürdigt, der an der Universität Duisburg-Essen lehrt und forscht. Der Festkörperphysiker ist ein international ausgewiesener Experte für die Rasterkraftmikroskopie.
Wir gratulieren ihm alle ganz herzlich zu dem Preis!
Mai 2016 Best-Poster-Award für die elektrokalorischen Kühleffekte
Auf der wissenschaftlichen Tagung mit dem Titel "First International Symposium on Dielectric Materials and Applications" (ISyDMA'2016) in Kenitra (Marokko) konnte unser Mitarbeiter Mehmet Sanlialp mit seinem Beitrag zum Thema "Direct Measurements of the Electrocaloric Effect in Lead-free Ferroelectric Ceramics" punkten. Er erhielt vom Organisationskomitee der Konferenz die Auszeichnung für das beste Poster und konnte sich somit unter mehr als 200 Teilnehmern positiv hervorheben.
Wer Interesse hat, kann sich das Poster im Universitätsgebäude V15 ansehen. Es hängt im Schaukasten neben Herr Sanlialps Büro (V15 S05 D86).
Wir gratulieren ihm alle ganz herzlich zu dem Preis!
März 2016 Grüner Strom mit PeroBoost
Wissenschaftler/innen des Instituts für Materialwissenschaft und des Instituts für Nanstrukturtechnik der Universität Duisburg-Essen haben zusammen mit Projektpartnern des Department für Chemie der Universität Köln, des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme Gelsenkirchen und den Industriepartnern (AIXTRON SE, Eight 19 Deutschland GmbH, LUNOVO Integrated Laser Solution GmbH, SOLUXX GmbH, und ZOEK GmbH) das Projekt "PeroBoost" in Angriff genommen. Das Projekt wird durch den europäischen Fonds für regionale Entwicklung, im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs Neue Werkstoffe des Landes Nordrhein-Westfalen (EFRE.NRW) bis 2019 gefördert.
Unter dem Themenschwerpunkt "Neue Werkstoffe zur Unterstützung der Energiewende" werden bleifreie Absorbermaterialien auf Basis organisch-anorganischer Hybridperowskite entwickelt, die beim Einsatz in Perowskitsolarzellen zu konkurrenzfähigen Wirkungsgraden führen sollen. Es werden verschiedene Prozesstechnologie zur wirtschaftlichen Produktion von Zellen mit Lebensdauern von vielen Jahren entwickelt und optimiert.
September 2015 BMBF-Projekt "Thermostop" angelaufen
Die Wissenschaftler/innen des Instituts für Materialwissenschaft der Uni DuE und ein Projektpartner aus der Industrie haben nun ihre Kooperation zum Thema „Thermostop“ begonnen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziell gefördert und soll bis 2018 laufen.
In diesem Projekt geht es darum, aus verschiedenen Nanopartikeln ein Komposit herzustellen, das als Wärmeisolation für Gebäude dienen soll. Dieses Material soll die Dämmeigenschaften handelsüblicher porenbasierter Wärmedämmungen besitzen (z.B. Glaswolle oder PU-Schaum) und gleichzeitig auch mechanisch belastbar sein.
Durch die geringe Größe der Nanopartikel enthält das Material viele Korngrenzen, an denen die Wärmeträger gestreut und teilweise reflektiert werden. So lässt sich der Wärmedurchgang minimieren und durch das dichte Gefüge die Festigkeit steigern.
August 2015 Forschung der kalorischen Kühleffekte geht in die 2. Runde
Das DFG-Forschungsprojekt SPP-1599-2 „Kalorische Effekte in ferroischen Materialien“ wurde bewilligt und im Rahmen des Projekts werden weitere drei Jahre auf diesem Gebiet geforscht. Im Rahmen des Projekts soll gezeigt werden, ob und wie effektiv die Kühleffekte in ferroischen Materialien sind.
Bereits in der ersten Phase des Projekts wurden erfolgreich zwei Messkammern hier am Institut entwickelt, mit denen einerseits isotherm und andererseits adiabatisch (ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung) elektrokalorische Messungen durchgeführt werden können. In der zweiten Phase werden nun explizit interessante Materialsysteme mit hoher kalorischer Effektivität erforscht.
Juni 2015 Beton schwimmt?
Dies war mit Sicherheit die meistgestellte Frage, die den Studenten des Betonkanuteams der Universität Duisburg-Essen in den letzten Monaten gestellt wurde. Nach der erfolgreichen Teilnahme an der 15ten Betonkau-Regatta vom 19.-20. Juni 2015 kann sie mit einem lauten „JA“ beantwortet werden.
Gestartet wurde das Projekt „Betonkanu 2015“ der Bauingenieure aus Essen unter der Leitung von Prof. Doru Lupascu vom Institut für Materialwissenschaften im September 2014. Die Verantwortung für das Team übernahmen daraufhin Tommy Mielke und Kevin Voges, die ein Team aus 24 Studenten rekrutierten.
Die Fragen, denen sich die Studenten stellen mussten, waren einfach: „Welche Form muss ein Betonkanu haben, damit es schwimmt?“ und „Wie muss der Beton zusammengesetzt sein, damit es hält?“ In den Jahren 2009 und 2011 hatte bereits ein Team der Universität Duisburg-Essen unter Leitung des Instituts für Massivbau mit Erfolg an Betonkanu-Regatten teilgenommen. Natürlich wurden dort die ersten Informationen eingeholt und dann konnte mit der Planung begonnen werden.
Nach einer längeren Planungsphase (wir sind im öffentlichen Dienst), dem anschließenden Bau der Schalung, dem Zusammenstellen einer Betonrezeptur, dem Betonieren, dem Ausschalen und dem Gestalten ging es im Juni zur Regatta nach Brandenburg an der Havel.
Dort erlebte das Betonkanu „Kanuni“ eine gelungene Jungfernfahrt unter tosendem Applaus der Zuschauer. Es nahm an insgesamt 4 Rennen teil, in denen es nicht einmal kenterte. Das UDE-Team landete schließlich im Mittelfeld.„Wir hatten sehr viel Spaß, haben viel gelernt, gute Kontakte geknüpft und werden sicher wieder hinfahren.“
März 2015 Kühlen mit dem Festkörper?
Auf diese Frage soll in näherer Zukunft eine Antwort gegeben werden, indem man sich sogenannte kalorische Effekte in festen Werkstoffen zunutze macht.
Unter dem kalorischen Effekt versteht man das Phänomen, dass sich ein Material erwärmt, wenn man es einem starken externen magnetischen/elektrischen/elastischen Feld aussetzt, und es sich abkühlt, wenn man das externe Feld wiederum entfernt. Da der Kühler sich im festen Zustand befindet, soll diese Technologie die Notwendigkeit für Kältemittel mit hohem Treibhauspotential komplett eliminieren. Mit den Eigenschaften leise und platzsparend Kühleffekte zu leisten, stehen diese Materialien mit kalorischen Effekten auch auf der Wunschliste von Herstellern für Computerchips.
November 2014 Tisch gewinnt Designpreis Handwerk NRW
Der bereits zuvor vorgestellte Tisch aus ultrahochfestem Beton (UHPC), der von den beiden Studenten Niklas Markloff und Daniel Rauch aus dem Fachbereich "Industrial Design" der Folkwang Universität entworfen und in Zusammenarbeit mit dem Institut für Materialwissenschaft der Uni DUE hergestellt wurde, ist im Januar auf der Messe „Designer Towers-Passagen 2014, Interior Design Week“ in Köln ausgestellt worden und fand sowohl hinsichtlich des Designs als auch des außergewöhnlichen innovativen Werkstoffs großes Interesse. Ende Oktober wurde der Tisch bei der Veranstaltung „DesignTalente Handwerk NRW 2014“ in der Handwerkskammer zu Köln mit einem Sonderpreis ausgezeichnet.
Oktober 2014 Magnetische Ordnung in multiferroischen Nanopartikeln
Im einzigen Raumtemperatur-Multiferroikum BiFeO3 gibt es eine zykloidische Ordnung der magnetischen Momente. Gilt das auch in Nanopartikeln, deren Größe kleiner als die Helixlänge ist? Eine Antwort findet sich in einem jüngst in der Zeitschrift "Nano Letters" erschienenen Beitrag.
Weitere Informationen
Diese Arbeit ist im Rahmen einer CENIDE Zusammenarbeit zwischen der Materialwissenschaft der Abteilöung Bauwesen in Essen und der Arbeitsgruppe "Magnetische Nanostrukturen" in der Physik in Duisburg entstanden.
September 2014 15. Deutsche Betonkanu-Regatta
Die Institute Materialwissenschaften, Straßenbau, Massivbau und Baustatik werden in einer Zusammenarbeit an der 15ten deutschen Betonkanu-Regatta am 19. und 20. Juni 2015 teilnehmen. Bei einer Betonboot-Regatta treten berufsbildenden Schulen, Fachhochschulen, Hochschulen und anderen Institutionen gegeneinander an. Die Aufgabe, die es zu lösen gilt, ist der Bau eines sochen Betonkanus und die anschließende Teilnahme an einem Rennen. Masterstudenten des Bauingenieurwesens können sich diese Aktion zudem als Projektarbeit für 12 CP anrechnen lassen!
Interessierte Studenten, die bei dem Projekt mitarbeiten möchten, melden sich bitte bis zum 01. Dezember 2014 bei Tommy Mielke M.Sc. am Institut für Straßenbau (V15 S05 D81) an. Gerne könnt Ihr dort auch für weitere Fragen die den Ablauf betreffen vorbei schauen.
Juni 2014 Designermöbel aus ultrahochfestem Beton
Im Rahmen einer Studienarbeit innerhalb des Fachbereichs Gestaltung, Industrial Design wurde von den Studenten Niklas Markloff und Daniel Rauch eine filigrane Tischplatte entworfen, die, aus asymmetrischen Querstreben bestehend, in einem Schritt betoniert werden sollte. Aufgrund der hohen Ansprüche an die Oberflächenbeschaffenheit und der zudem recht komplizierten Schalungskonstruktion wurden am Lehrstuhl für Materialwissenschaft zunächst verschiedene Betonmischungen mit unterschiedlichem Größtkorn und sehr hohem Bindemittelanteil entworfen und auf ihre Eignung hin untersucht. Ziel der Arbeit sollte eine nahezu porenfreie Oberfläche und ein möglichst einheitlicher tief schwarzer Farbton des Betons sein.
Nach mehreren Testmischungen ist eine selbstverdichtende ultrahochfeste Betonrezeptur ohne gröbere Gesteinskörnung mit einem hohen Anteil an Ruß und Eisenoxid ausgewählt worden, die sich sowohl problemlos herstellen, als auch ausschalen ließ. Das Ergebnis ist eine satt schwarze porenfreie Oberfläche mit formgetreuen Kanten und Ecken, ohne jegliche Mikrorisse, wie sie bei derart dichte Betonen unter Umständen auftreten können. Der Tisch wurde im Januar auf der Messe „Designer Towers-Passagen 2014, Interior Design Week“ in Köln ausgestellt und fand sowohl hinsichtlich des Designs aber auch des außergewöhnlichen Werkstoffs großes Interesse.
April 2014 Osterferienbetreuung
Im Rahmen der Osterferienbetreuung war die Kindergruppe der Uni Due bei uns zu Gast und hatte die Möglichkeit, einen Einblick in unser Betonlabor zu bekommen. Ausgestattet mit Kitteln, Schutzbrillen und Handschuhen gingen die kleinen Nachwuchsforscher ans Werk. Zunächst zeigten wir den Kindern eine Festigkeitsprüfung, bei der sie einen Einblick in die Stabilität von Beton bekommen konnten. Besonders beeindruckte sie, dass sich eine Betonprobe (15 cm Würfel) erst bei einem Gewicht von ca. 85 PKW zerstören lässt.
Danach durften alle selbst Hand anlegen, und in vorbereitete Herz-Formen frisch gemischten Beton einfüllen, nachdem Sie alle Bestandteile des Betons im Einzelnen vorher kennengelernt hatten. Jeder bekam zum Befüllen eine eigne Form. Nachdem wir die Beton-Herzen nach 24 Stunden aus der Schalung genommen haben, konnten die Kinder am nächsten Tag Ihre selbst hergestellten Herzen abholen. Die Herzen wurden sicher in Taschen verpackt und jedes Kind konnte seins mitnehmen.
Kontakt
Doru C. LupascuProf. Dr. rer. nat. habil.
Universitätsstrasse 15
45141 Essen
Tel.: +49 (0)201 183 2689
Fax: +49 (0)201 183 3968
Sekretariat: Raum V15 S05 D06
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