Die Steigerung der Ressourceneffizienz durch möglichst nachhaltiges Handeln spielt auch am fem Forschungsinstitut eine besondere Rolle. Darum werden Arbeitsprozesse in regelmäßigen Abständen auf Material- und Energieeinsparungen hin überprüft. Insbesondere durch den Einsatz neuer Technologien kann die Ressourceneffizienz am fem signifikant gesteigert werden.

Dies gilt auch für die neue etablierte Advanced Thermal Optics, kurz ATO-Technologie der Firma Coatmaster. Mit dieser Technik sind die Mitarbeiter des fem in der Lage, die Schichtdicke der Pulverbeschichtung bereits nach der Applikation des Pulverlacks zu bestimmen. Die gute Korrelation zwischen der ATO-Technologie nach der Pulverapplikation und der konventionellen Schichtdickenmessung nach dem Einbrennprozess konnte im Rahmen von Vergleichsmessungen nachgewiesen werden.

Seit knapp 25 Jahren ist das fem ein unabhängiges, akkreditiertes Prüflabor. Die Einhaltung von Normvorgaben ist in diesem Zusammenhang von größter Bedeutung. Dies gilt nicht nur im Forschungsinstitut selbst, sondern auch bei der Prüfung von industriellen Beschichtungsbetrieben nach den Vorgaben unterschiedlichen Qualitätsrichtlinien. Der Coatmaster Flex ermöglicht den Inspektoren des fem, das definierte Probenmaterial für die Laborprüfung ohne größeren Aufwand herzustellen.

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Sophia Läufer (links) studiert Angewandte Oberflächen- und Materialwissenschaften, ein Kooperationsstudiengang der Hochschulen Aalen und Esslingen, und hat in den vergangenen sechs Monaten ihre Masterarbeit in der Abteilung Leichtmetall-Oberflächentechnik geschrieben. Im Fokus der Arbeit mit dem Titel "Entwicklung photokatalytischer Eloxalschichten zur Erzeugung funktioneller Aluminiumoberflächen" steht die Funktionalisierung anodisierter Aluminiumoberflächen, die zum Beispiel an Gebäudefassaden in Großstädten Anwendung finden. Im Hinblick auf die Problematik der Stickoxidbelastung sollen den Aluminiumoberflächen luftreinigende bzw. schadstoffabbauende Eigenschaften verliehen werden. Durch Einlagerung photokatalytisch aktiver TiO₂-Nanopartikel in die meso- bzw. makroporöse Struktur des anodisierten Aluminiums mittels elektrophoretischer Abscheidung soll dies verwirklicht werden. Im Rahmen der Masterarbeit wurde dieses Verfahren hinsichtlich eines optimalen Porenfüllgrads optimiert, dabei der Einfluss verschiedener Prozessparameter untersucht und die hergestellten Schichten hinsichtlich unterschiedlicher Eigenschaften (photokatalytische Aktivität, Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit) charakterisiert. „Die Zusammenarbeit mit den Mitarbeitern des fem war sehr angenehm und fachlich sehr aufschlussreich. Sehr geschätzt habe ich die Möglichkeit der individuellen Gestaltung meiner Projektplanung und -vorgehensweise. Zudem erhielt ich im letzten halben Jahr viele interessante Einblicke in laufende Projekte und die Arbeitsweise eines Wissenschaftlers – eine sehr wertvolle Erfahrung für mich", so Sophia Läufer.

Sina Gers (rechts) studiert Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart und hat ihre Masterarbeit mit dem Titel "Studie zur Untersuchung des Schmelzbads in der pulverbettbasierten additiven Fertigung von Metallen als Basis für eine Simulation" in der Abteilung Metallkunde verfasst. Ziel der Arbeit war die Validierung einer Simulation zur Entwicklung maßgeschneiderter Legierungen in der pulverbettbasierten additiven Fertigung. Im Vordergrund stand hierbei die Anwendung der statistischen Versuchsplanung zur Ermittlung von Einflussfaktoren und Wechselwirkungen auf die Bauteilqualität. Es wurden fehlende werkstoffspezifische Kennwerte für die Simulation ermittelt sowie quantitative Auswertemethoden bewertet, um eine optimale Vergleichbarkeit von Experiment und Simulation gewährleisten zu können. Sina Gers: „Ich habe die Einblicke in die wissenschaftliche Arbeit am fem Forschungsinstitut sehr genossen. Vor allem aber die Möglichkeit zur freien Entfaltung sowie das Einbringen und Umsetzen eigener Ideen habe ich sehr geschätzt."

Wir danken unseren Masterandinnen Sophia Läufer und Sina Gers für die tolle Unterstützung, freuen uns über ihre Masterabschlüsse und wünschen ihnen alles Gute!

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Forschung und Wissenschaft seien ja längst keine reinen Männerdomänen mehr, erläuterte Institutsleiter Dr. Andreas Zielonka in seiner Präsentation des Forschungsinstituts Edelmetalle + Metallchemie: "Wir haben am fem seit vielen Jahren einen hohen Frauenanteil und zwar auf allen Ebenen, von den Technikerinnen über unsere wissenschaftlichen und wissenschaftlich-technischen Mitarbeiterinnen bis zu den Abteilungsleiterinnen." Das wollte sein Gast Ricarda Lang, die nicht nur stellvertretende Bundesvorsitzende von Bündnis 90/Die Grünen ist und als Direktkandidatin im Wahlkreis Backnang-Schwäbisch Gmünd für den kommenden Bundestag kandidiert, sondern auch frauenpolitische Sprecherin ihrer Partei ist, natürlich genauer wissen: Wie gelingt es dem Forschungsinstitut, hochqualifizierte und motivierte Frauen nach Schwäbisch Gmünd zu bekommen, hat man dafür eine besondere Strategie? Eine große Strategie sei gar nicht nötig, antwortete Zielonka, es genüge, perfekte Rahmenbedingungen zu bieten. Dazu zählten der problemlose Wiedereinstieg nach der Elternzeit, sehr flexible Arbeitszeitmodelle und eine Institutskultur, in der die Vereinbarkeit von Beruf und Familie großgeschrieben wird. Das alles sei nötig, um Forscherinnen und Wissenschaftlerinnen langfristig ans Institut zu binden, denn ohne personelle Kontinuität sei es unmöglich, Erfahrung, Kompetenz und eingespielte Teams aufzubauen.

Ein gutes Beispiel dafür sei der Forschungsschwerpunkt Energietechnik, der in den letzten zehn Jahren in der Abteilung Elektrochemie aufgebaut wurde. Heidi Willing, die gemeinsam mit Dr. Seniz Sörgel die Abteilung leitet, gab Lang einen Überblick über die Arbeit an neuen, elektrochemisch hergestellten Oberflächen und Materialien, die z.B. in neuartigen Lithium-Schwefel-Batterien und in kompakten Brennstoffzellen für Fahrräder und Scooter zum Einsatz kommen sollen. "Unter den Gesichtspunkten Energiewende und grüne Industriepolitik sind das zweifelsohne sehr spannende und richtungsweisende Themen", so Ricarda Lang. Für den Wirtschaftsstandort Deutschland ist es, so Willing, einerseits wichtig, bestehende Konzepte weiter zu optimieren, aber auch neue, innovative Ansätze aufzuzeigen. Und für diese Innovationen sei die Kooperation mit klein- und mittelständischen Unternehmen im Rahmen von öffentlich geförderten Forschungsprojekten von entscheidender Bedeutung. Institutsleiter Andreas Zielonka gab schließlich zu bedenken, dass der geforderte Technologietransfer in den Mittelstand ohne finanziell gut ausgestattete Förderprogramme nicht stattfinde. Glücklicherweise habe man in Deutschland mit der von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) koordinierten Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) und dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) zwei bewährte und effiziente Systeme, die es weiterhin zu stärken gilt: "Wir haben am fem und in den Instituten der Innovationsallianz Baden-Württemberg viele hervorragend begutachtete Projekte, die nur deshalb nicht zum Zuge kommen, weil die Mittel fehlen." Sein Wunsch an Ricarda Lang und an den zukünftigen Bundestag: Eine wirtschaftsnahe und anwendungsorientierte Forschungspolitik, die neue Wege beschreitet, ohne die bestehenden, leistungsfähigen Instrumente zu verwerfen.

Bild: Ricarda Lang (Mitte) mit Heidi Willing und Dr. Andreas Zielonka

Batterien mit metallischen Lithium-Elektroden versprechen höhere Energie- und Leistungsdichten. Allerdings kann es in diesen Batterien zu elektrochemischen Prozessen kommen, die ihre Sicherheit und Leistung beeinträchtigen. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) entwickelt nun in dem vom BMWi geförderten Projekt „metaLit“ Modelle, mit denen sich diese Prozesse simulieren lassen. Die Software kann genutzt werden, um die Algorithmen in Batteriemanagementsystemen zu verifizieren. Das erspart teure, aufwändige Tests mit realen Batterien. Der Modellierung geht eine experimentelle Analyse durch das Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie (fem) voraus.

Weitere Informationen finden Sie hier!

^{Bild (fem): In-situ-Lithium-Dendritenwachstum während der elektrochemischen Lithiumabscheidung in 1 M LiPF6 in EC/DMC (1:1) bei einer Stromdichte von 1 mA/cm² in einer In-situ-Testzelle (EL-Cell GmbH, ECC-Opto-Std), visualisiert mit dem Lichtmikroskop Keyence VHX-5000 bei 150-facher Vergrößerung.}

Aufgrund der Umweltschäden, die mit der Nutzung fossiler Brennstoffe verbunden sind, sollte der CO₂-Fußabdruck aller Industriezweige in den nächsten Jahrzehnten deutlich reduziert werden. Die elektrochemische Reduktion von CO₂ ist eine Technologie, mit der es möglich ist, das schädliche Abfallprodukt CO₂ in ein vielfältiges Spektrum wertvoller Ressourcen umzuwandeln. Galvanisch abgeschiedene Zinn-, Zinn-Bismut- oder Bismut-basierte Katalysatoren auf verschiedenen Gasdiffusionselektroden (GDEs) sind für die CO₂-Reduktion aufgrund ihrer nicht-toxischen Eigenschaften, niedrigen Kosten und der Fähigkeit, mit hoher Selektivität Ameisensäure zu produzieren, von großem Interesse. Um sowohl eine hohe Katalysatoroberfläche in Kontakt mit dem Elektrolyten als auch eine gute Zugänglichkeit des CO₂ zu erreichen, sollte der Katalysator homogen in den Poren der GDE verteilt sein, und zwar an der so genannten Tripelphasengrenze (TPB), wo gas- und elektrolytbenetzte Poren in engem Kontakt stehen.
In ihrer fünfminütigen Präsentation stellt Dr. Mila Manolova erste Ergebnisse des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) geförderten Projekts Galvanische Metall-Abscheidung zur Herstellung effizienter 3D-Elektroden für die elektrochemische CO₂-Reduktion vor.

Der frischgebackene Landtagsabgeordnete und gebürtige Gmünder Tim Bückner (CDU) war zum ersten Mal Gast am fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallkunde: „In Zeiten großer Herausforderungen ist es mir besonders wichtig, mit den Akteuren in Wirtschaft und Forschung in kontinuierlichem Austausch zu stehen – zum Wohle meines Wahlkreises Schwäbisch Gmünd und des Landes Baden-Württemberg“, betonte Bückner. Zu diesen Akteuren zählt auch das fem und so standen die Zukunftsthemen und Zukunftspläne des Forschungsinstituts im Mittelpunkt der Diskussion mit Institutsleiter Dr. Andreas Zielonka. Zielonka präsentierte die vielfältigen Forschungs- und Entwicklungsthemen des Instituts auf den Gebieten der Materialwissenschaft und Oberflächentechnik, die derzeit in 24 öffentlich geförderten Projekten bearbeitet werden: „Es gibt ja kein technisches Produkt, das nicht aus einem Werkstoff gefertigt wird und irgendeine Oberflächenbehandlung erfährt. Wo immer es um Herausforderungen im Umgang mit metallischen Materialien und Oberflächen geht, ist das fem seit bald einhundert Jahren der richtige Ansprechpartner“, so Zielonka.

Am Ende des Rundgangs durch das fem stand die Besichtigung des Nachbargrundstücks, auf dem das fem in den kommenden zweieinhalb Jahren den Erweiterungsbau K15 und viele hochqualifizierte Arbeitsplätze schaffen möchte. „Wirtschaftspolitische Klugheit heißt für mich, ganz genau zu prüfen, welche Entwicklungen in und für die Stadt und die Region sinnvoll und zukunftsträchtig sind. Das fem als Motor für technische Innovationen im Mittelstand und als Arbeitgeber für gut ausgebildete und engagierte Forscherinnen und Forscher gehört für mich unbedingt dazu“, unterstrich Tim Bückner. Er freue sich auf die Präsentation der ersten Pläne für den Neubau K15 beim nächsten Besuch am fem.

Am fem sind derzeit vier neue Stellen zu besetzen:

• Institutsleiter ^m/w/d
• Technischer oder wissenschaftlich-technischer Mitarbeiter (Galvano- und Oberflächentechnik) ^m/w/d
• Wissenschaftlich-technischer Mitarbeiter (Analytik) ^m/w/d

Bewerben Sie sich noch heute!

Not macht wohl bekannt nicht nur erfinderisch, sie macht auch unglaublich kreativ. Während wir im vergangenen Jahr aufgrund von Corona keinen Girls-Day veranstalten konnten, erfinden wir das Format in diesem Jahr neu: Das fem veranstaltet, gemeinsam mit zwei weiteren innBW-Instituten (DITF und NMI), seinen ersten digitalen Girls-Day. Auch wenn die Forscherinnen von morgen nicht persönlich ans Institut kommen können, nehmen wir sie mit in die Welt der Wissenschaften. Auf virtuellen Laborführungen lernen sie unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kennen, erfahren mehr über deren persönliche Beweggründe und können Experimente live verfolgen. Einige der Versuche werden sogar zuhause und unter Anleitung der Forschenden durchgeführt – für einen abwechslungsreichen Tag ist also gesorgt. Weitere Informationen zum Girls-Day „innBWgung! Auf LabTour in drei Forschungsinstituten“ finden Sie hier – dort erfolgt auch die Anmeldung.

Wir freuen uns auf einen spannenden Tag mit interessierten Nachwuchsforscherinnen!

Nicht transparent, aber annähernd so hart wie Stahl, mit einer außerordentlichen Oberflächengüte und schon bei relativ niedrigen Temperaturen formbar wie Kunststoff: Das sind  die Eigenschaften von metallischen Gläsern auf Platinbasis, die seit einigen Jahren am fem in Schwäbisch Gmünd erforscht und entwickelt werden. Gläser heißt diese Materialklasse, da sie im Unterschied zu herkömmlichen Metalllegierungen keine regelmäßige Kristallstruktur, sondern eine unregelmäßige bzw. amorphe Struktur wie Fensterglas aufweist. Daraus resultieren neben den bereits genannten Qualitäten auch Vorteile für die Herstellung von Schmuckstücken oder Uhrengehäusen: Im Vergleich zum konventionellen Verfahren können metallische Gläser auf Platinbasis bei Temperaturen geschmolzen und gegossen werden, die bis zu 1000 °C unter den üblichen Werten liegen. Und die typische Erstarrungsschrumpfung, die bei Platinschmucklegierungen einen Großteil des Ausschusses ausmacht, bleibt aus. Das spart nicht nur Geld und Ressourcen, sondern schont auch die Anlagentechnik.

In einem unlängst abgeschlossenen, im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekt IGF 19979 N konnte das fem in Kooperation mit dem Lehrstuhl für metallische Werkstoffe der Universität des Saarlandes und acht Industriepartnern den Nachweis einer Eignung der Platingläser als Schmuckwerkstoff und für das Feingussverfahren erbringen. Für Lisa-Yvonn Schmitt, die seit Januar 2021 das Nachfolgeprojekt IGF 21469 N am fem koordiniert, kommt es nun darauf an, den Reifegrad des entwickelten Feingussverfahrens deutlich in Richtung industrielle Fertigung zu steigern: „Die Materialklasse der metallischen Gläser stellt ganz eigene und hohe Anforderungen an den Herstellungsprozess. Im Hinblick auf die zukünftige industrielle Nutzung arbeiten wir im neuen Projekt an der Optimierung des Prozesses. Wenn uns das gelingt, können wir die Defizite des konventionellen Platinschmuckgusses überwinden und neue Verarbeitungsmöglichkeiten aufzeigen.“ Die nickelfreien und hautverträglichen Platingläser würden Schmuckgestaltern eine ganz neue Designvielfalt eröffnen, denn dank der niedrigen Gießtemperaturen könnten Steine schonender miteingegossen werden. „Die thermoplastische Formbarkeit im Bereich von ca. 220 bis 270 °C ermöglicht außerdem sehr filigrane Gestaltungen der Oberflächen, z.B. feingliedrige Strukturen, mit denen Hologrammeffekte erzielt werden können“, so Schmitt.

Eine wesentliche technologische Hürde, die im laufenden Projekt überwunden werden soll, ist die hohe Abkühlrate. Grundvoraussetzung für eine amorphe Erstarrung der Platinschmelze ist eine sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit; dauert die Erstarrung zu lange, kristallisiert die Schmelze. Mit anderen Worten: Es kommt nicht zur Bildung eines metallischen Glases. Gewöhnlich werden metallische Glasschmelzen in metallische Formen gegossen, da nur in ihnen die erforderlichen Kühlraten realisiert werden können. Für den Feinguss komplexer Schmuckteile aber sind phosphatgebundene Einbettmassen nötig. „Wir wollen den Prozess so optimieren, dass eine hinreichend schnelle Erstarrung auch in diesen Formen möglich sein wird“, erläutert Schmitt, die zuversichtlich in die Zukunft blickt: „Wenn uns in den kommenden zwei Jahren die ressourcenschonende Herstellung von dekorativen und funktionstragenden Platinteilen auf industriellem Niveau gelingt, haben wir das wichtigste Ziel erreicht.“

Bild: Im Feingießverfahren hergestellter amorpher Solitaire-Ring aus der Platinlegierung Pt_42,5Cu₂₇Ni_9,5P₂₁ (at%) (Bild: fem)