Funktionalisierte Materialien

beschichtete Kohlenstoffnanoröhrchen

Funktionale und insbesondere multifunktionale Materialien sind für den Fortschritt in vielen technischen Bereichen eine wesentliche Voraussetzung. Wir entwickeln Polymere und organische/anorganische Hybridmaterialien für Anwendungen, welche einen wichtigen Beitrag zur Schonung der immer knapper werdenden Ressourcen und damit zum Schutz der Umwelt leisten.

Die gewünschten Eigenschaften werden durch eine Funktionalisierung dieser Materialien durch eine entsprechende Verarbeitung (z.B. Orientierung von nanoskaligen Strukturelementen, Filmbildung, eventuell chemische oder thermische Nachbehandlung) erreicht.

In diesem Themenbereich entwickeln wir Membranen zur Stofftrennung in Gasen (z.B. Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff) und Flüssigkeiten (z.B. Wasser, Feinchemikalien in der chemischen Prozesstechnik), Membranen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Alkohol und Wasserstoff, Speichermaterialien für Wasserstoff, Membranen mit schaltbaren Poren sowie polymerbasierte Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.

Die Entwicklung neuer Membranen wird begleitet von der Konstruktion entsprechender Membranmodule sowie dem Design gesamter Trennprozesse bis hin zu Pilotanlagen, wobei auch die Computersimulation zum Einsatz kommt.

Bei den neuartigen nanostrukturierten Materialien auf der Basis von Blockcopolymeren und Kompositen aus funktionalisierten nanoskaligen Füllstoffen in einer polymeren Matrix ist neben dem Studium des Einflusses der Morphologie auf die Trenneigenschaften in Membranen auch die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ein wesentliches Ziel unserer Arbeiten. Bei diesen Arbeiten stehen auch die Strukturbildung während der Verarbeitung von Kompositen und Blockcopolymeren sowie die daraus resultierenden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in Filmen (Membranen) sowie Bulkmaterialien im Zentrum unseres Interesses.

Funktionalisierte nanostrukturierte Polymerwerkstoffe

Bei den Membranmaterialien für Trennung und selektiven Transport liegt der Fokus auf der Entwicklung von Membranen auf Basis von Polymer Blends, Polymeren mit anorganischen Füllstoffen, Polymeren mit großem intrinsisch freien Volumen, katalytisch aktiven Membranen, sowie neuartigen Blockcopolymeren mit variabler Porengröße.

Polymerwerkstoffe für membranbasierte Prozesse

Im Hinblick auf eine zukünftige Energieversorgung mit Wasserstoff als Hauptenergieträger werden neuartige multifunktionale Materialien für die Wasserstofftechnologie entwickelt. Schwerpunkte sind hierbei die Entwicklung von Membranen für die Abtrennung von Wasserstoff aus regenerativen Quellen und aus Prozessgasen, für die Wasserstoffaufbereitung und Reinigung, und für Polymer basierte Brennstoffzellen mit einer hohen Protonenleitfähigkeit im Temperaturbereich über 100°C, die z.B. in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen. Zur Vervollständigung der Prozesskette der Wasserstofftechnologie werden nanostrukturierte Leichtmetall-Komposite zum Speichern von Wasserstoff, zugehörige Wasserstofftank-Prototypen und kostengünstige Produktionsrouten entwickelt, getestet und optimiert. Das Ziel der Materialentwicklung ist hierbei eine hohe Speicherkapazität von über 5 Gew.-% und mehr als 40 kg H₂ / m³. Dabei sollen die Materialien bei Arbeitstemperaturen von weniger als 200°C und mäßigen Drücken von unter 100 – 150 bar eine schnelle Absorptions- und Desorptionskinetik aufweisen.

Multi-funktionale Materialien für die Wasserstoff-Technologie