Die beeindruckende Welt der Nanomaterialien betreten
Das Netz NANOMOTION (Nanoelectromechanical motion in functional materials) wurde zwischen 2011 und 2015 betrieben, um die nächste Forschergeneration an hochmodernen nanoelektromechanischen Instrumenten auszubilden. Über intensive Workshops und Austauschbesuche wurden 12 Nachwuchsforscher und 2 erfahrene Forscher zu Experten in der Piezoreaktions-Kraftmikroskopie (piezoresponse force microscopy, PFM) und der elektrochemischen Rastermikroskopie (electrochemical strain microscopy, ESM) ausgebildet. Bei der PFM wird ein elektrisches Feld durch die Sondenspitze eines Rasterkraftmikroskops angelegt, um die piezoelektrische Reaktion (reversible Deformation in Reaktion auf ein elektrisches Feld) zu messen. Bei der ESM, einer weiteren Art von Rastersondenmikroskopie, werden die elektrochemische Reaktivität und ionischen Flüsse in Festkörpern gemessen. Das Verfahren bietet eine beispiellose Auflösung und ist für die Energieforschung von besonderer Bedeutung. Die NANOMOTION-Fellows wandten die PFM erstmals erfolgreich auf bleifreies piezoelektrisches Keramikmaterial und Dünnfilme an. Die Materialien stellen umweltfreundliche Alternativen zu ferroelektrischen Perowskiten (ferroelectric perovskites, PZTs) dar, die am häufigsten eingesetzten Klasse im Bereich der piezoelektrischen Keramik. Die Verwendung von PZT soll jedoch von der EU eingeschränkt werden, und derzeit gibt es keinen gleichwertigen Ersatz auf dem Markt. In einer weiteren Forschungslinie wurden unter anderem multiferroische Materialien untersucht. Wenige Materialien zeigen sowohl Ferroelektrizität als auch Ferromagnetismus, eine magnetoelektrische Kopplung auf der Nanoebene ist jedoch gängig und derzeit Gegenstand intensiver Forschung. Die Fellows bereiteten laminare multiferroische Verbundwerkstoffe vor und stellten diese her. Hierdurch wurden wertvolle Einblicke in die Auswirkungen einer magnetoelektrischen Kopplung im Nanobereich gesammelt. Durch die Kombination hochmoderner Techniken und bewährter Verfahren unter starker Einbeziehung des privaten Sektors trug NANOMOTION nicht nur dazu bei, die berufliche Laufbahn engagierter Wissenschaftler in Gang zu bringen, sondern auch von den Materialwissenschaften bis hin zum Ingenieurswesen eine Revolution auf mehreren Gebieten einzuleiten. Vor allem ein Aufschwung im Bereich der Erforschung multifunktioneller Nanomaterialien soll einen Beitrag zur Entwicklung nanoelektromechanischer Systeme leisten.
Schlüsselbegriffe
Nanomaterialien, NANOMOTION, Piezoreaktions-Kraftmikroskopie, elektrochemische Rastermikroskopie, piezoelektrische Keramik
