GRK 1860:  Mikro-, meso- und makroporöse nicht metallische Materialien: Grundlage und Anwendung (MIMENIMA)

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211137567

Die übergeordnete Forschungsidee des Graduiertenkollegs MIMENIMA ist die Konditionierung neuartiger, poröser keramischer Strukturen und deren Oberflächen für den Einsatz in wichtigen Bereichen der Energie‐, Umwelt‐, Verfahrens‐ und Raumfahrttechnik. Zu diesem Zwecke adressiert das Kolleg fünf Forschungsteilbereiche Materialentwicklung, Struktur‐ & Prozessanalyse, Grundlagenexperimente zum Stofftransport in porösen Medien, Modellierung & Simulation und Spezielle Anwendungen. Keramische Materialien zeichnen sich besonders durch ihre Korrosions‐ und Hochtemperaturbeständigkeit aus, sind aber bei der Herstellung und Konditionierung wesentlich anspruchsvoller als metallische oder polymere Materialien. Die Beständigkeit der Keramik verspricht einen besonders nachhaltigen technologischen Einsatz mit dem Potential, gänzlich neue Anwendungen zu ermöglichen, die anderen Werkstoffklassen vorenthalten sind. Um die im jeweiligen Anwendungsfall notwendige, komplexe Materialstruktur und Oberflächenchemie zu erreichen, kommen in diesem Graduiertenkolleg innovative Herstellverfahren zum Einsatz, die in den letzten Jahren in Bremen grundlegend erarbeitet oder weiterentwickelt wurden. Mit Hilfe dieser neuen keramischen Herstellverfahren werden für ausgewählte Anwendungen poröse Strukturen mit Porengrößen im Mikro‐ (< 2 nm), Meso‐ (2 ‐ 50 nm) und Makroporenbereich (> 50 nm) erzeugt, die Oberflächenchemie entsprechend angepasst, deren mechanische Stabilität modelliert und deren Einwirkung auf Stoff‐ und Wärmetransporte inkl. der katalytischen Reaktionsvorgänge interdisziplinär untersucht. Die Charakterisierung und Modellierung von (z.B. kapillaren) Transportvorgängen der im sichtbaren Lichtbereich opaken dreidimensionalen Realstrukturen erfordern hierbei zwingend die Etablierung neuer Untersuchungsmethoden. So werden in MIMENIMA für die räumliche Analyse der Flüssigphasenverteilung und der dynamischen Strömungsvorgänge Kernspinresonanz (NMR, auch bekannt als MRI oder MR)‐Tomographie eingesetzt, während zur Abbildung der eigentlichen Keramikstruktur die Röntgenmikrotomographie (X‐mikroCT) zur Anwendung kommt. Die systematische und stringente Zusammenführung dieser beiden leistungsfähigen Methoden für die im Graduiertenkolleg MIMENIMA aufgeführten Forschungsprojekte bildet zusätzlich zur Materialherstellung den zweiten integrierenden Schwerpunkt. In der ersten Förderphase des Graduiertenkollegs konnten durch die erfolgreiche Kombination der NMR und X‐mikroCT Verfahren qualitative und quantitative Visualisierungen erreicht werden, die erstmalig neue Einsichten in die Durchströmungsvorgänge poröser Keramik erlauben. Ausgehend von diesem Erfolg, werden in der kommenden Förderphase gezielt weiterführende Projekte durchgeführt. Das Potential dieser umfassenden Charakterisierungsmöglichkeiten soll weitestgehend zum vertieften Verständnis hinsichtlich des komplexen Wechselspiels.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Universität Bremen
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Kurosch Rezwan
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Dr. Michael Baune; Professorin Dr. Dorothea Brüggemann; Professor Dr. Marcus Bäumer; Privatdozent Dr. Wolfgang Dreher; Professor Dr.-Ing. Michael E. Dreyer; Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching; Privatdozent Dr. Michael Maas; Professor Dr.-Ing. Lutz Mädler; Professor Dr. Stefan Odenbach; Professor Dr.-Ing. Jorg Thöming; Dr. Michaela Wilhelm; Dr.-Ing. Thomas Wriedt