2D-Materialien

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.

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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

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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.

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.

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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

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.

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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.

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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.

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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.

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Der Abschlussworkshop des Innovationsforums "2D-Mat-Net" bietet einen breiten thematischen Überblick über verschiedene Einsatzmöglichkeiten von 2D-Materialien, die Möglichkeit für Kooperationsausbau und Generierung von neuen Projektideen. Zudem erwarten Sie hochkarätige Impulsvorträge und Fördermöglichkeiten auf der Landes-, Bundes- und EU-Ebene.

Die Schwerpunkte liegen u.a. auf folgenden Anwendungen: Sensorik, Photonik, Energiespeicherung und -umwandlung, Filtration, Wasserstofftechnologien, Produktion von 2D-Materialien und funktionale Beschichtungen.

• Datum: 01. - 02.09.2022
• Ort: Jena
• Adresse: Abbe Center of Photonics, Albert-Einstein-Straße 6, 07745 Jena
• Anmeldung: Link zur Anmeldung
• Die Anzahl der Teilnehmer ist auf etwa 80 Teilnehmer begrenzt

Webseite des Innovationsforums: https://www.2dmatnet.uni-jena.de/ (weitere Informationen folgen in Kürze)

Wir laden alle Interessenten, Unternehmensvertreter und Wissenschaftler ein, den Einsatz von 2D-Materialien in unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten gemeinsam zu diskutieren und neue Kooperationsmöglichkeiten in Projekten zu identifizieren.

Datum: 05.09. - 09.09.2022

Ort: München

Thema: Neueste Forschungsergebnisse im Bereich Graphene und anderen 2D-Materialien

Weitere Informationen finden Sie hier

Die 12. Graphen-Tagung ist die größte europäische Veranstaltung zu Graphen und 2D-Materialien. In den vergangenen Jahren hat die Graphene-Tagung ihre Position als wichtigster persönlicher Treffpunkt der Graphen-Gemeinschaft weltweit gefestigt.

• Datum: 05. bis 08. Juli 2022
• Ort: Aachen (Deutschland)
• Thema: Neueste Forschungsergebnisse im Bereich Graphene und anderen 2D-Materialien

Weitere Informationen finden Sie hier.

• Grundlagen- und angewandte Forschung an Graphen und anderen 2D-Materialien
  • Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena)
  • FSU Jena/ Institut für Physikalische Chemie
  • FSU Jena/ Institut für Festkörperphysik
  • FSU Jena/ Institut für Optik und Quantenelektronik
  • FSU Jena/ Institut für Technische Chemie und Umweltchemie
  • INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena
  • Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT)
  • TU Ilmenau/ FG Festkörperelektronik
  • TU Ilmenau/ FG Nanotechnologie

• Graphen-Produzent:
  • Talga Advanced Materials GmbH
• Individuelle Nano-Beschichtungen
  • GBneuhaus GmbH