Innenansichten Die Universität Duisburg-Essen Ganz groß im Nano-Bereich
Duisburg · Material, das so klein ist, dass es nur mit hoch-technischem Gerät zu sehen ist, verändert unsere Welt. Auch die UDE forscht daran.
Nanowissenschaften werden als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts betrachtet. Warum? Weil Nanotechnik es ermöglicht, an Elementen wie Gold, Eisen und Silizium zum Beispiel gänzlich andere Eigenschaften hervorzubringen als diejenigen, die sie üblicherweise auszeichnen. Nanoskaliges Gold, also Goldpartikel in der Größe eines milliardstel Meters, erscheint plötzlich rot. Eisen wird so aktiv, dass es sich selbst entzündet und damit einen hervorragenden Katalysator abgibt. Silizium wird zu einem wichtigen Rohstoff für die Energietechnik, weil seine elektrische Leitfähigkeit steigt und die Wärmeleitfähigkeit sinkt.
Diese Forschung wird nicht etwa nur an Universitäten wie dem amerikanischen MIT betrieben, sondern auch hier bei uns an der heimischen Universität Duisburg-Essen (UDE). Nanowissenschaft ist neben biomedizinischer Wissenschaft, urbanen Systemen, Wandel von Gegenwartsgesellschaften und empirischer Bildungsforschung einer ihrer Profilschwerpunkte. Mit dem Center for Nanointegration Duisburg-Essen (genannt CENIDE), das diesen Schwerpunkt vertritt, und dem darin integrierten und bisher einzigartigen Forschungsbau NETZ (Nano-Energie-Technik-Zentrum) gehört die Universität Duisburg-Essen zu den führenden Nanozentren in Deutschland und Europa.
Gegründet wurde CENIDE vor zehn Jahren von acht Professoren, die bereits drei Sonderforschungsbereiche leiteten. Heute koordiniert das Center 63 Arbeitsgruppen, bestehend aus mehr als 350 Wissenschaftlern, die sich mit der Nanodimension beschäftigen.
CENIDE vernetzt die Forschungs- und Lehraktivitäten innerhalb der Universität und ist nach außen Anlaufstelle und Kooperationspartner für Wissenschaft und Industrie. "Wissenschaft passiert dadurch, dass man miteinander redet", so die Auffassung von Geschäftsführer Dr. Tobias Teckentrup. "Das Besondere an CENIDE ist die interdisziplinäre Breite: Theoretische wie Experimentalphysiker, Maschinenbauer, Ingenieure, Elektrotechniker, Chemiker, Biologen und Mediziner arbeiten an gemeinsamen Projekten. Und das funktioniert sehr gut", ergänzt Steffi Nickol vom Wissenschaftsmarketing.
Sie schaffen Grundlagenwissen, beantworten also die Frage, was mit den Mechanismen auf der Nanoskala passiert, und entwickeln Herstellungs- und Verarbeitungsstrategien von Nanomaterialien weiter. Die Wissenschaftler forschen im speziellen an Nano-Biomaterialien, die in der Medizin Erfolg versprechen, sowie an den magnetischen Eigenschaften von Nanomaterial, das beispielsweise zur Verbesserung von Speichermedien eingesetzt werden kann.
Um die Herausforderung der Energieversorgung zu meistern, hat aber die Energietechnik für Land und Bund Priorität. "In diesem Bereich ist Nanomaterial von enormer Bedeutung", sagt Teckentrup. So investierten sie 46 Millionen Euro in das NETZ, das im Februar 2013 eröffnet wurde. In diesem Komplex, in dem allein 120 Wissenschaftler in 36 "hervorragend ausgestatteten Laboren" arbeiten, werden Grundlagenforschung und anwendungsbezogene Weiterverarbeitung theoretisch und erstmals auch praktisch in so genannte "linked facilities" verbunden.
"Die gesamte Prozesskette spiegelt sich in dem Gebäude wider", erläutert Teckentrup: Sie beginnt bei der Auswahl geeigneter Rohstoffe, die dann aus der Gasphase in einem dreistöckigen Labor der Marke Eigenbau synthetisiert werden. Diese ermöglicht, qualitativ hochwertige und industrierelevante Mengen herzustellen. Mittels mikroskopischer Analyse werden die Partikel charakterisiert und stetig optimiert, bis sie zur Weiterverarbeitung geeignet sind. Zu Photovoltaik-Folien zum Beispiel oder auch zu Generatoren, die aus Wärmeunterschieden elektrischen Strom erzeugen können - eine Erfindung aus ihren Reihen, die mit dem Innovationspreis NRW 2014 ausgezeichnet wurde.
Zur Analyse des Nanomaterials, das weder mit dem bloßen Auge noch mit optischen Mikroskopen zu sehen ist, verfügt CENIDE über ein Mikroskopiezentrum, mit dem das gesamte Spektrum der Nanopartikeleigenschaften bis auf atomare Größe hin analysiert werden kann. "Das Potenzial von Nanopartikeln ist nicht eingrenzbar", sagt Teckentrup und vergleicht es mit Kunststoffen, die in allen möglichen Produkten zum Einsatz kommen und heute aus dem Alltagsleben kaum noch wegzudenken sind.
Nanomaterialien und -effekte gibt es hingegen auch überall in der Natur: als Salzpartikel in der Meerluft, beim Aufbau von Spinnenfäden bis hin zur nanoskaligen Größe unserer DNA. Gezielt hergestellte Titandioxid-Nanopartikel streichen wir inzwischen in weißer Farbe gebunden an unsere Wände und in Sonnenmilch auf unsere Körper. Nanopartikel lassen den Schmutz von Oberflächen abperlen und Kalziumphosphat-Nanopartikel unterstützen die Knochenheilung, ganz wichtig zum Beispiel für Osteoporose-Patienten.
