Research / Forschung
Der gemeinsame Fokus unserer Forschungsprojekte ist die Verknüpfung von biologischen Motiven mit materialtechnischen Anwendungen und modernen verfahrenstechnischen Ansätzen.
Die Arbeiten gehen dabei stets über den Aspekt der reinen Nachhaltigkeit hinaus und betrachten vornehmlich bioinspirierte Funktionalität. Die konkreten Themen sind breit angelegt und reichen von funktionellen oder intelligenten Beschichtungen über Faserverbundwerkstoffe, Kreislaufwirtschaft, Medizintechnik und Nanomaterialien bis zur Entwicklung neuer Applikationsverfahren.
Insgesamt gliedert sich unsere Forschung in drei wesentliche Schwerpunkte:
Bioinspired Materials, Coatings Technology, Reaction Engineering
Im Folgenden finden Sie eine Übersicht unserer aktuellen Forschungsprojekte. Für detaillierte Informationen, wählen Sie bitte das entsprechende Thema aus.
Wir erforschen eine vollkommen neue Art des Materialdesigns auf Oberflächen – die Enzymmoderierte Adressierung. Diese innovative Technologieplatform ermöglicht eine hochpräzise und gleichzeitig flexible Anordnung von Partikeln auf Oberflächen – gesteuert durch enzymatische Katalyse. Die Partikel werden hierbei exklusiv an die enzymaktiven Stellen der Oberfläche adressiert.
Unsere Technologie ermöglicht hohe Präzision bei einfacher Durchführung und nahezu universeller Materialkompatibilität. Dies eröffnet zahllose Anwendungshorizonte, insbesondere in der Medizintechnik und der Nanotechnologie.
Das natürliche Pigment Eumelanin besitzt herausragende, für Biopolymere einzigartige, Eigenschaften wie Paramagnetismus, Breitband-UV-Absorption oder Halbleiter-Charakter. Eine komplexe und wenig verstandene supramolekulare Struktur mit (zu) großen Endpartikeln erschwert jedoch die Anwendung.
Umfangreiche Kontrolle über die spezifischen Zwischenstufen ist das Ziel unserer Arbeiten, für die zahlreiche Methoden und Kompetenzen gebündelt werden. Die so gewonnenen Erkenntnisse über den Aufbau des Eumelanins ermöglichen innovative Ansätze für biomimetische Materialien.
Biomaterialien aus Fibrin sind aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität in Verbindung mit interessanten mechanischen Eigenschaften und Netzwerkbildung begehrt in der Medizintechnik. Zur Herstellung von Fibrin ist jedoch der Einsatz des Enzyms Thrombin notwendig, wodurch gewichtige Nachteile entstehen.
Mit einer von uns entwickelten Methode gelingt es, Hydrogele und Aerogele aus dem Precursor Fibrinogen herzustellen. Dieses Pseudo-Fibrin bietet eine enzymfreie, einfache und kostengünstige Synthese kombiniert mit Eigenschaften von echtem Fibrin.
Bioinspirierte Faserverbundkunststoffe
Thermoplastische Faserverbundkunststoffe überzeugen durch eine unerreichte Wirtschaftlichkeit. Bedingt durch einen bisher notwendigen, separaten Kombinationsprozess von Thermoplast und Faser, entstehen jedoch gewichtige Nachteile, welche ihren Einsatz stark limitieren.
Um diese Schwächen zu adressieren, wurde in Kooperation mit dem Institut für Textiltechnik in Aachen eine innovative Hybridfaser zur Erzeugung von Verbünden mit zuvor unerreichten Eigenschaften erforscht. Die Faser ist inspiriert vom Prinzip fibrilärer Kompositmaterialien in der Natur und folgt somit dem Konzept der Bionik.
Pigmente stellen als farbgebende Komponente einen wichtigen Bestandteil jeder Druckfarbe sowohl mengen- als insbesondere auch wertmäßig dar. Im Gegensatz zu den übrigen Komponenten sind keinerlei biogene Pigmente im Bereich der Druckfarben verfügbar oder bekannt.
Im Projekt „Crusty Pigments“ entwickeln wir daher erstmals vollständig biogene und gleichzeitig bioabbaubare Pigmente für den Einsatz in Druckfarben. Diese basieren auf einer innovativen Kombination von Chitin und diversen biologischen Farbstoffen und eröffnen so neue Anwendungsfelder.
Kreislaufwirtschaft von Holzlacken
Zum aktuellen Stand der Technik werden beschichtete Holzwerkstücke i. d. R. direkt der Entsorgung zugeführt, da Methoden zur Trennung von Beschichtung und Substrat große Nachteile mit sich bringen. Um eine technisch einfache Möglichkeit zur Trennung von Holz und Beschichtung zu ermöglichen, werden die Haftungsmechanismen auf mikroskopischer Ebene betrachtet.
UV-Beschichtungen für Außenanwendungen
Voll-UV-Beschichtungen gelten aufgrund einfacher Applikation und extrem schneller Aushärtung als Lacksysteme der Zukunft. Für die Innenanwendung existieren bereits vielfältige Produkte, die meist industriell eingesetzt werden. Für Anwendungen im Außenbereich werden solche Systeme jedoch vor neue Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Beständigkeit gestellt. Ziel unserer Forschung ist die Erarbeitung von Grundlagen für eine industriell einsetzbare Voll-UV-Beschichtung im Außenbereich. Dabei werden sowohl Formulierungen für Holz- als auch für Kunststoffbeschichtungen untersucht. Der Fokus liegt primär auf dem Zusammenspiel der eingesetzten Polymere und Monomere, sowie deren Einfluss auf die Materialeigenschaften.
Metallische Beschichtungen von nichtleitenden Substraten
Wasserstoff wird vor allem in der chemischen Industrie sowie zur Herstellung synthetischer Treibstoffe eingesetzt und kann in diesen Bereichen oft statt Erdöl verwendet werden. Bei der Synthese von Wasserstoff aus Methanol muss der Wasserstoff am Ende von den weiteren Reaktionskomponenten getrennt werden. Dafür eignen sich ausgezeichnet metallische Schichten aus Palladium oder Palladium Legierungen, welche eine selektive Diffusion des Wasserstoffs erlauben und somit eine saubere Auftrennung ermöglichen.
Da Palladium sehr teuer ist, soll die Schicht, die zur spezifischen Wasserstoffabtrennung dient, möglichst dünn und defektfrei sein. Zur Herstellung dieser Membran wird ein innovatives Verfahren entwickelt, mit dem sehr dünne Metallschichten auf nichtleitende Substrate aufgebracht werden können.
Kontinuierliche Reaktorauslegung für komplexe Reaktionen
Die kontinuierliche Reaktionsführung ist industrieller Goldstandard für Qualität und Sicherheit von Prozessen mit hohem Produktionsvolumen. Die Rahmenbedingungen für kontinuierliche Prozesse sind jedoch eng gesteckt, so dass es immer wieder zu Engpässen durch verwendete Batch-Verfahren kommen kann. Auch die Flexibilität kontinuierlicher Prozesse ist begrenzt.
Unsere Forschung zielt auf das Design neuer kontinuierlicher Prozesse für komplexe und mehrstufige Reaktionen. Zudem ist auch die Erhöhung der Flexibilität zum schnellen Wechsel zwischen Produkten mit ähnlichen Reaktionsanforderungen ein Fokus der Arbeiten.
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