2D-Materialien

Zwei-dimensionale Materialien, auch „2D-Materialien“ genannt, sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften hervorragende Innovationstreiber. Graphen als ein zweidimensionaler Kohlenstoff ist eines der bekanntesten 2D-Materialien und wird als „Material der Zukunft“ gehandelt.

Die Herausforderung weltweit besteht in dem noch ausstehenden Durchbruch für Massenanwendungen der 2D-Materialien.

In Thüringen wird die Forschung an Graphen und an anderen 2D-Materialien beispielsweise in Jena und Ilmenau

  • am Institut für Physikalische Chemie der FSU Jena,
  • dem Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena),
  • dem Abbe Center of Photonics, dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) und
  • der TU Ilmenau vorangetrieben.

Die Fachgruppe „2D-Materialien“ hat das Ziel, die Thüringer Expertise im Bereich Erforschung und Anwendung von Graphen und anderer 2D-Materialien einem größeren Anwenderkreis zu erschließen. Aufgrund des breiten Anwendungsspektrums fokussiert sich die FG derzeit auf folgende Schwerpunkte:

  • Nanosensoren für Biomarker und zur Umweltkontrolle
  • Optoelektronische und elektronische Bauteile
  • Energiespeicher
  • Korrosionsschutz-Beschichtungen
  • Kohlenstoffbasierte metallfreie Katalysatoren
  • Prozessintegration von 2D-Materialien

Aktivitäten/Weitere Informationen

Innovationsforum „2D-Mat-Net“

In Thüringen und anderen Regionen der Welt bestehen hervorragende Grundlagen sowohl bzgl. der wissenschaftlichen Kompetenzen als auch der wirtschaftlichen Ausgangsbasis für zweidimensionale (2D) Materialien. Im nächsten Schritt gilt es, diese vielversprechenden Forschungsergebnisse in das kommerzielle Umfeld in folgende Anwendungsfelder zu transferieren:

  • Biosensoren
  • Photonische Anwendungen
  • Energiespeicherung
  • Elektromobilität

Das Innovationsforum „2D-Mat-Net“ soll auf den Gebieten Materialien, elektronische und photonische Bauteile, Medizintechnologie, Energiespeicherung und Elektromobilität ein Netzwerk etablieren, um die komplexe Thematik an KMU-Bedarfe anzupassen, konkrete Herausforderungen zu identifizieren, neue Anwendungsmöglichkeiten vorzudenken und mit 2D-Materialien neue Wertschöpfungsketten in wachstumsstarken Anwendungsfeldern zu adressieren. Die Interessen und Kompetenzen der hiesigen Unternehmen müssen dafür mit den Akteuren im wissenschaftlichen Bereich zusammengeführt und abgestimmt werden.

Die Fachgruppe „2D-Mat-Net“ war an der Initiierung des Innovationsforums beteiligt. Bei einem Treffen der Thüringer Akteure im Jahr 2018 (siehe Startworkshop) und nachfolgenden zunächst bilateralen Aktivitäten entwickelte sich die Idee, ein überregionales und interdisziplinäres Netzwerk einschließlich fokussierter cross-clustering-Aktivitäten zu bilden und letztlich den Kooperationsausbau in Richtung einer „Forschungsallianz“ anstoßen.

Projektträger/Förderer

Start des Innovationsforums

  •  Januar 2021

Neue Webseite des Innovationsforums "2D-Mat-Net"

Geplante Workshops

  • Thematische Workshops:

              -  Biosensoren / Infektionsanalytik
              -  2D-Mat-Herstellungsverfahren
              -  Photonische Anwendungen
              -  Energiespeicher & Mobilität
              -  Neue Materialien/ Roadmap

  • 2-tägiger Innovationsforum

Alle Interessenten sind herzlich eingeladen, sich an allen Workshops des Innovationsforums „2D-Mat-Net“ aktiv zu beteiligen!

Sollte Ihrerseits Interesse an der Umfrage zum Abgleich Ihrer Anknüpfungspunkte zu 2D-Materialien und Interesse zur Beteiligung im Innovationsforum bestehen, melden Sie sich bitte bei den Ansprechpartnern der Fachgruppe "2D-Materialien".

 

Koordinator und Ansprechpartner

Prof. Dr. Andrey Turchanin
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Physikalische Chemie
AG Angewandte Physikalische Chemie & Molekulare Nanotechnologie

03641-948-370
andrey.turchanin(at)uni-jena.de

www.apc.uni-jena.de

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Hybridmembran verdoppelt Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien

Verschiene Arbeiten an zweidemensionalen Materialien zeigen beeindruckende Erfolge im Zusammenhang mit herkömlichen Lithium-Metall-Batterien.

Während des Ladungstransfers bewegen sich die Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her. Immer wenn sie ein Elektron aufnehmen, lagern sie ein Lithium-Atom ab. Diese Atome reichern sich an der Anode an und es bildet sich eine kristalline Oberfläche, die dort, wo sich die Atome ansammeln, dreidimensional wächst und so die Dendriten bildet. Die Poren der Separatormembran beeinflussen die Keimbildung der Dendriten. Ist der Ionentransport homogener, kann das Entstehen der Dendriten vermieden werden.

„Deshalb haben wir eine extrem dünne, zweidimensionale Membran aus Kohlenstoff auf den Separator aufgebracht, deren Poren einen Durchmesser von weniger als einen Nanometer haben“, erklärt Prof. Andrey Turchanin von der Universität Jena. „Diese winzigen Öffnungen sind kleiner als die kritische Keimgröße und verhindern so die Keimbildung, die das Wachsen der Dendriten auslöst. Anstatt dendritische Strukturen zu bilden, lagert sich das Lithium als glatter Film auf der Anode ab.“ Die Gefahr, dass die Separatormembran dadurch beschädigt werde, bestehe nicht – die Funktionalität der Batterie werde nicht beeinträchtigt.

Das Forscherteam ist zuversichtlich, dass ihre Erkenntnisse das Potenzial haben, eine neue Generation von Lithiumbatterien hervorzubringen. Deshalb haben sie ihr Verfahren zum Patent angemeldet. In einem nächsten Schritt soll nun geprüft werden, wie sich die Anwendung der zweidimensionalen Membran in den Herstellungsprozess integrieren lässt. Zudem wollen die Forschenden die Idee auch auf andere Batterietypen anwenden.

Quelle der Nachricht und weitere Informationen.

Sonderforschungsbereich (SFB 1375) „NOA“

Die Erforschung auftretender Wechselwirkungsprozesse zwischen Licht und Materie mit atomarer Auflösung stehen im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereiches NOA „Nonlinear Optics down to Atomic Scales“. Damit folgt Jena einem sehr erfolgversprechenden Trend der modernen Optikforschung.  Durch vielversprechende Ergebnisse sind praxisnahe Anwendungen möglich, angefangen von winzigen Nanolasern, über extrem kompakte Röntgenquellen bis hin zur optischen Detektion weniger Atome. Da neben der Optik auch Materialeigenschaften eine große Rolle spielen, arbeiten Physiker und Chemiker zusammen. 
Ab dem 1. Juli 2019 für zunächst 4 Jahre erhält das Team um den Physiker Prof. Dr. Ulf Peschel und die Chemikerin Prof. Dr. Stefanie Gräfe eine Förderung von etwa 9 Mio. €. 

Projektpartner:

  • Friedrich-Schiller-Universität Jena 
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik 
  • Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena
  • Humboldt-Universität Berlin
  • Technischen Universität München

Quelle der Beschreibung und weitere Informationen

Startworkshop

Am 7. November 2018 wurde in Jena/Thüringen der erste Workshop der Fachgruppe „2D-Materialien” durchgeführt, um die neue Fachgruppe vorzustellen und mit den ersten identifizierten akademischen und industriellen Partnern ins Gespräch zu kommen.

Veröffentlichungen

Wissenschafts- und Technologie-Roadmap für Graphene und andere 2D-Materialien

Im Rahmen der Europäischen „Graphene Flagship“-Initiative wurde eine Roadmap für Graphene und andere 2D-Materialien erarbeitet. Mit einem Horizont von mind. 10 Jahren soll die Entwicklung von Produkten auf Basis von 2D-Materialien unterstützt werden.

zur Roadmap

The magazine for nanotechnology: Graphene

Einen guten Überblick über die aktuellen Entwicklungen und Akteure im Bereich der Graphene gibt die Zeitschrift für Nanotechnologie: Graphene. Dieses Magazin kann hier erworben werden.

Weitere interessante Studien

Weitere Veröffentlichungen:

1) A. C. Ferrari et al., “Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals and hybrid systems”, Nanoscale 7 (2015) 4598-4810

2) A. Turchanin, „Graphene growth by conversion of aromatic self-assembled monolayers“.
Annalen der Physik 529 (2017) 1700168

SFB - CataLight

Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 234 "CataLight"

Die Erforschung grundlegender Funktionsweise bis hin zu ersten Anwendungen innovativer photokatalytisch aktiver Materialien stehen im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs "CataLight - Light-driven Molecular Cata¬lysts in Hierarchically Structured Materials - Synthesis and Mechanistic Studies".

Den Forschenden aus den Bereichen Chemie, Materialwissenschaft und Physik geht es darum, Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien zu nutzen und gezielt neue Materialien für eine nachhaltige Energiewandlung gestalten zu können.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den gemeinsamen Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 234 "CataLight" bis 2021 mit rund 10 Mio. Euro.

Quelle der Beschreibung und weitere Informationen

Projekte

EU „Graphene Flagship“

Das Konsortium der großen Forschungsinitiative besteht aus über 150 akademischen und industriellen Forschungsgruppen in 23 europäischen Ländern. Es ist eine neue Form der gemeinsamen Zusammenarbeit, um in den nächsten 10 Jahren neue Entwicklungen auf dem Feld von 2D-Materialien (und somit auch wissenschaftliches und wirtschaftliches Wachstum und Beschäftigung) zu fördern.

zum Projekt

PoC-ID Project

Plattform für ultra-sensitive Point-of-Care Diagnose für Infektionskrankheiten.

Ziel des PoC-ID-Projekts ist die Entwicklung neuer mikro- und nanoelektronischer Sensor- und Integrationskonzepte für fortgeschrittene miniaturisierte In-vitro-Diagnostik. Das Projekt adressiert die steigende Nachfrage nach einer schnellen Point-of-Care-Diagnostik zur Senkung der Gesundheitskosten und wird zur Steigerung der Lebensqualität beitragen. Die Eigenschaften der Biosensoren sollen durch Material „Graphen“ verbessert werden.

zum Projekt

FLAG-ERA – H2O

Dieses internationale Verbundprojekt wird vom Institut für Physikalische Chemie der FSU Jena koordiniert und durch das EU-Förderprogramm „FLAG-ERA“ ab Januar 2018 für drei Jahre unterstützt. Im Labor wollen die Wissenschaftler unterschiedliche 2D-Materialien wie Graphen mit einem organischen Halbleiterfilm verbinden, um ein neues flexibles und leitfähiges Material herzustellen.

zum Projekt

Veranstaltungen

Kick-off-Workshop (Innovationsforum „2D-Mat-Net“)

Mit dem Innovationsforum „2D-Mat-Net“ wird eine neue Plattform entwickelt, mit der die zunächst komplex erscheinende Thematik „2D-Materialien“ den Akteuren nähergebracht wird. Das riesige Anwendungspotential solcher Materialien wie Graphen, MoS2 etc. gilt es, mit den konkreten Bedarfen in Einklang zu bringen, konkrete Herausforderungen zu identifizieren, neue Anwendungsmöglichkeiten vorzudenken und letztlich mit 2D-Materialien neue Wertschöpfungsketten in wachstumsstarken Anwendungsfeldern zu adressieren.  

Der Kick-off-Workshop am 25.03.2021 bot den Teilnehmern eine gute Möglichkeit, sich über vielversprechende Möglichkeiten von 2D-Materialien zu informieren, Ihre Anknüpfungspunkte zu solchen Materialien abzugleichen und mit Experten in den Austausch zu kommen. An Ende des Workshops wurde  der weiteren Umsetzungs- und Beteiligungsprozess aufgezeigt und ein Fragebogen an die Teilnehmer versendet.

Wenn Sie sich an der Umfrage zu Ihren Anknüpfungspunkten beteiligen wollen, bitte melden Sie sich bei den Ansprechpartnern der Fachgruppe "2D-Materialien".

Zur Pressemitteilung: https://www.uni-jena.de/210325_2DMaterialien

Graphene Week 2021

  • Datum: 20.09. - 24.09.2021
  • Ort: Online
  • Thema: Neueste Forschungsergebnisse im Bereich Graphene und anderen 2D-Materialien

Weitere Informationen finden Sie hier

"Graphene For" - virtual event 2020

  • Datum: 22.09. - 24.09.2020
  • Ort: Online
  • Thema: Graphene for Research, Innovation and Collaboration

Weitere Informationen finden Sie hier

Flatlands Beyond Graphene 2018 Conference

  • Datum: 03. – 07.09.2018
  • Ort: Leipzig (Deutschland)
  • Thema: Graphene und andere 2D-Materialien

Weitere Informationen finden Sie hier.

International Graphene Innovation Conference

  • Datum: 19. – 21.09.2018
  • Ort: Xi’an (China)
  • Thema: Graphene und andere 2D-Materialien

Weitere Informationen finden Sie hier.

Akteure in Thüringen – Ihre zukünftigen Partner?

Weitere Unternehmen und Institute können Sie in der Unternehmens- und Technologiedatenbank der Landesentwicklungsgesellschaft (LEG Thüringen) finden. Die Datenbank bietet mit rund 4.300 autorisierte Profile Thüringer Industrieunternehmen, Forschungseinrichtungen, wirtschaftsnaher Dienstleister und Hochschulen.

Ihre Ansprechpartner

Prof. Dr. Andrey Turchanin
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Physikalische Chemie
AG Angewandte Physikalische Chemie
& Molekulare Nanotechnologie

Lessingstraße 10
07743 Jena

03641-948-370
03641-948-302
E-Mail schreiben

www.apc.uni-jena.de

Alexander Dieser
Junior-Projektleiter „Industrielle Produktion & Systeme“
AIC - Akquisition, Thüringen International und Clustermanagement

Mainzerhofstraße 12
99084 Erfurt

0361 5603-471
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