Inverted Fireball: Der Plasmaverstärker – bei richtiger Parameterwahl
Der Inverted Fireball (IFB) kann Magnetron-Sputterprozesse gezielt unterstützen: Er erhöht lokal die Plasmadichte und den Anteil aktiver Spezies. In ersten Versuchen 2024 mit Titan führte das zu dichteren und härteren Schichten. Das macht den IFB damit für PVD-Anwendungen technologisch interessant.
Entscheidend ist allerdings die richtige Prozessführung, wie jüngste Versuche am fem Forschungsinstitut zeigen. Die Wahl des Gitters und die Position der Hashtag#Gitteranode sind wesentliche Parameter dafür, ob und wie sich der Inverted Fireball ausbildet.
Auch andere Prozessparameter wie Anodenspannung, Gasdruck, Anzahl der Sputterquellen und Substratbias beeinflussen die Zündung, die Form und die Stabilität des Plasmas. Sind die Zündbedingungen richtig gewählt, zeigt sich ein charakteristischer Übergang beim Anodenstrom, wenn die Anodenspannungen einen bestimmten Wert übersteigt.
Genau dieses Prozessverständnis ist entscheidend für den nächsten Schritt: Einen Inverted Fireball zu zünden ist das eine. Zu verstehen, unter welchen Bedingungen er reproduzierbar entsteht und stabil bleibt, macht aus dem Plasmaeffekt erst ein technologisch nutzbares Werkzeug.
Warum ist der Inverted Fireball industriell interessant? Bessere Schichteigenschaften lassen sich auch mit HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering) erzielen. Dieses Verfahren ist jedoch technisch aufwendiger und kann mit geringeren Beschichtungsraten einhergehen. Der Inverted Fireball könnte hier einen einfacheren Ansatz bieten, indem er als Ergänzung zum industriell etablierten Magnetron-Sputtern dient und so eine stärkere Plasmaaktivierung ermöglicht, ohne das Verfahren grundlegend zu verändern.
Auf dem Bild: IFB-Gitter direkt vor der Sputterkathode.
fem Forschungsinstitut goes Battery Show Europe 2026
Where Do Your Battery Technology Challenges Begin? 🪫
• Selecting the right materials? • Understanding aging and degradation mechanisms? • Securing access to critical raw materials? • Managing quality variations? • Accelerating the transfer of R&D into industrial processes?
At fem Research Institute, we work with you to tackle these challenges head-on.
Whether as an innovation partner, technology transfer expert, or problem solver, this is exactly why we are attending The Battery Show Europe 2026: to engage in meaningful discussions about challenges, opportunities, limitations, and practical solutions.
If you work in battery technologies, energy storage, materials, components, manufacturing, or the circular economy, we invite you to stop by. Let’s exchange ideas, challenge assumptions, and shape the future together.
Meet our experts: Dr. Şeniz Sörgel, Prisca Hug, Dr. Reinhard Böck, Maximilian Braun, and Dr. Martin Opitz.
At the fare, we will be presenting our latest work in:
🔋 Sodium-ion batteries and post-lithium technologies 🔋 Redox flow batteries for stationary energy storage 🔋 Advanced materials and coatings for high-performance electrodes 🔋 Battery characterization and failure analysis 🔋 Recycling and circular approaches for battery materials 🔋 Aging, safety, and performance assessment 🔋 Scalable manufacturing processes for industrial applications
Visit us at the joint booth of e-mobil BW GmbH and Cluster Elektromobilität Süd-West.
📅 June 9–11, 2026 📍 Messe Stuttgart | Hall 1 | Booth A26
fem Forschungsinstitut auf dem The Jewelry Symposium 2026 in Detroit
At The Jewelry Symposium, craftsmanship meets visionary material innovation.
On one of the most prestigious international platforms for materials, design, and technology in the jewelry industry, Florian Bulling presented a groundbreaking development in modern materials science for jewelry designed to endure for generations. Together with a team led by Lisa-Yvonn Schmitt, he is advancing the development of platinum-based Bulk Metallic Glasses (BMGs).
This remarkable class of materials is opening an entirely new chapter in jewelry design.
Based on platinum, these alloys challenge the conventions of traditional metallurgy. What once required extremely rapid cooling in metallic molds can now, thanks to newly developed alloy compositions, also be achieved through investment casting: the formation of an amorphous, non-crystalline structure.
The result is a material that combines the strength of steel, the elasticity of polymers, and a surface highly resistant to scratches, corrosion, and the effects of time.
For the world of fine jewelry, this represents far more than a technical innovation—it unlocks a new level of creative freedom.
A new design language emerges: fluid, precise, and uncompromisingly modern. Delicate structures, intricate geometries, and exceptional durability converge in an aesthetic that was previously beyond reach.
Through precision investment casting, these “glassy metals” can be transformed into highly intricate jewelry pieces with outstanding dimensional accuracy and surface quality. Key manufacturing challenges—including crystallization, oxidation, and shrinkage—are carefully controlled through advanced process engineering, ensuring exceptional results without compromising quality or finish.
A vision that resonated strongly with the international audience and sparked lively discussions throughout the symposium.
Many thanks to the organizers and to Jessa Cast for an inspiring and successful event.
fem Forschungsinstitut auf der Landesgartenschau 2026 in Ellwangen
Flora, Fauna – Forschung! Das fem auf der Landesgartenschau 2026 in Ellwangen.
Auf der Aktionsfläche im Pavillon des Ostalbkreises dreht sich vom 18. bis 22. Mai 2026 alles um die Themen des fem Forschungsinstituts: Innovative Werkstoffe, Edelmetalle, Beschichtungstechniken und Technologietransfer.
Wie gewinnt man aus Kohlendioxid wertvolle Rohstoffe und aus Wasser Energie? Wie helfen Fassaden aus Aluminium dabei, die Luft in Städten zu reinigen? Und wie sieht die von Digitalisierung und Robotik geprägte Industrieforschung der Zukunft aus?
Besuchen Sie uns und freuen Sie sich auf spannende Erkenntnisse und Problemlösungen aus der angewandten Forschung!
fem Forschungsinstitut auf der ICMCTF 2026
Dr. Martin Fenker sendet Grüße aus San Diego von der ICMCTF 2026 – einer der weltweit führenden Konferenzen für Dünnschichttechnologien und Surface Engineering.
Unter dem Leitthema „Surface Engineering: Shaping Future Materials“ traf sich die internationale Fachcommunity, um aktuelle Entwicklungen in Beschichtungstechnologien und Materialsystemen zu diskutieren.
In der Session „PVD Coatings and Technologies II“ hielt Dr. Fenker einen Vortrag zum Thema „From anode-assisted magnetron sputtering to newer developments such as inverted fireball-assisted magnetron sputtering“. Sein Beitrag befeuerte einen regen Austausch, in dessen Zentrum das große Interesse am Inverted-Fireball-Ansatz stand.
Ein Interesse, das wir – völlig unvoreingenommen 😉 – für absolut berechtigt halten. So stellt der Ansatz einen vielversprechenden und innovativen Impuls für zukünftige Beschichtungsprozesse dar und demonstriert eindrucksvoll die Dynamik, die derzeit in der Oberflächentechnik zu beobachten ist.
Materialentwicklung unter Innovationsdruck: Kombinatorische PVD beschleunigt Dünnschichtentwicklung um den Faktor 10 bis 100
Systematisches Screening einer hohen Anzahl an Materialvarianten in einem Beschichtungsprozess
Deutliche Reduktion von Entwicklungszeit, Aufwand und Risiken
Grundlage für datengetriebene Materialentwicklung und KI-Modelle
Validiert in Industrie- und EU-Projekten (u. a. „Coloured Gold“, „RefMagS“)
Schwäbisch Gmünd, 27. April 2026 – Die Entwicklung neuer Beschichtungen ist für viele Unternehmen ein kritischer und risikoreicher Prozess. Denn sie entstehen noch immer in aufwändigen Einzelschritten mit hohem Zeit-, Material- und Kostenaufwand und ohne Garantie auf ein optimales Ergebnis. Gleichzeitig müssen unter immer kürzeren Innovationszyklen leistungsfähigere und nachhaltigere Dünnschichten immer schneller verfügbar sein. Am fem Forschungsinstitut wurde daher das kombinatorische PVD-Verfahren zur Entwicklung neuer Dünnschichten methodisch ausgebaut, das eine systematische und deutlich effizientere Materialentwicklung ermöglicht.
„Wir überführen die Schichtentwicklung von einem aufwändigen Trial-and-Error-Prinzip in ein systematisches Screening. Damit lassen sich komplexe Materialsysteme in einem Bruchteil der bisherigen Zeit untersuchen“, erklärt Dr. Martin Fenker, Abteilungsleiter Plasma-Oberflächentechnik am fem Forschungsinstitut.
Kern ist das sogenannte Combinatorial Magnetron Sputtering (CMS), bei dem mehrere Magnetron-Sputterquellen gleichzeitig betrieben werden. Durch die gezielte Anordnung der Quellen entstehen definierte laterale Zusammensetzungsgradienten auf einem Substrat.
Dieses Prinzip verwandelt eine einzelne Probe in eine Materialbibliothek: Statt isolierter Einzelversuche entstehen in einem einzigen Prozesslauf eine hohe Anzahl anunterschiedlichen Materialvarianten, die systematisch analysiert werden können. Eigenschaften wie Härte, Korrosionsverhalten oder optische Parameter lassen sich entlang dieser Gradienten direkt der jeweiligen Zusammensetzung zuordnen.
Im Unterschied zur klassischen Entwicklung, die auf iterativer Annäherung basiert, ermöglicht der Ansatz eine gezielte und strukturierte Durchmusterung von Materialsystemen. Der experimentelle Aufwand bzgl. der Schichtabscheidungen reduziert sich mindestens um den Faktor 10 bis 100, während gleichzeitig belastbare Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Phasenbildung und Funktionseigenschaften entstehen.
Die ortsaufgelöste Charakterisierung – etwa über CIE-Lab-Farbmessungen, instrumentierte Härteprüfungen oder Korrosionstests – erzeugt dabei strukturierte Datensätze. Diese bilden die Grundlage für eine datengetriebene Materialentwicklung und den Einsatz von Methoden der Materialinformatik und Künstlichen Intelligenz.
Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wurde in mehreren Projekten demonstriert. Im EU-Projekt „Coloured Gold“ konnten durch kombinatorisches Co-Sputtern gezielt unterschiedliche Farbzustände in metallischen Schichten erzeugt werden. Entwicklungszyklen für die Schichtabscheidungen verkürzten sich dabei von vielen Jahren auf wenige Monate.
Im IGF-Projekt „RefMagS“ wurde die Methode auf komplexe Metallnitridsysteme übertragen. Hier zeigte sich, dass sich mechanische und chemische Eigenschaften gezielt über den Magnesiumgehalt einstellen lassen. Gleichzeitig konnten systematische Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Mikrostruktur und Performance identifiziert werden.
Für die industrielle Praxis bedeutet das einen klaren Wettbewerbsvorteil: Unternehmen können Materialsysteme schneller bewerten, Entwicklungsrisiken reduzieren und ihre Time-to-Market signifikant verkürzen.
„Ein einziger Beschichtungslauf ersetzt zahlreiche Einzelversuche. Das reduziert Kosten deutlich und erhöht gleichzeitig die Trefferquote bei der Entwicklung neuer Schichtsysteme“, so Fenker.
Gerade für kleine und mittlere Unternehmen ist dieser Ansatz besonders relevant. Ohne eine umfangreiche eigene F&E-Infrastruktur können sie die kombinatorische Schichtentwicklung als vorgelagerte Screening-Plattform nutzen, um geeignete Materiallösungen zu identifizieren, bevor diese in serienrelevante Prozesse überführt werden. Größere Fehlinvestitionen können so vermieden werden.
Der kombinatorische Ansatz ist flexibel skalierbar und auf zahlreiche Anwendungen übertragbar – von verschleiß- und korrosionsbeständigen Schutzschichten über dekorative Oberflächen bis hin zu optischen und funktionalen Beschichtungen sowie Anwendungen in der Energie- und Medizintechnik. Für mittelständische Unternehmen eröffnet der Ansatz damit einen deutlich effizienteren Zugang zu neuen Materialien und verkürzt den Weg von der Idee zur industriellen Anwendung erheblich.
Herstellung einer Gradientenschicht aus Platin (Pt) und Yttrium (Y), um den gesamten Legierungsbereich auf einer Probe abzubilden und deren katalytische Eignung für Brennstoffzellen zu untersuchen. Copyright: fem Forschungsinstitut.
HiHyPe – Wasserstoff auf Höchstleistung unter Druck
HiHyPe – Wasserstoff auf Höchstleistung unter Druck. Elektrochemische Wasserstoffkompression neu gedacht: effizienter, sicherer, nachhaltiger.
Ob Mobilität, Infrastruktur oder energieintensive Prozessindustrien: Hoher Druck ist für Wasserstoffanwendungen essenziell. Herkömmliche Kompressoren sind jedoch teuer, wartungsintensiv und anfällig für Verunreinigungen.
Zeit für eine alternative Lösung!
HiHyPe (HighHydrogenPressure) adressiert die zentralen Pain Points der Industrie in Bezug auf Kosten, Materialverfügbarkeit, #Reinheit und Betriebssicherheit und leistet damit einen konkreten Beitrag zur nächsten Generation von CleanTech-Lösungen. Das fem Forschungsinstitut entwickelt gemeinsam mit dem Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT), elektrochemische Wasserstoffkompression (EHC) auf Basis alkalischer Membranen (AEM).
Für Anwender bedeutet das:
🔹 hochreiner Wasserstoff ohne mechanischen Verschleiß 🔹 geringere Betriebs- und Wartungskosten 🔹 höhere Sicherheit (keine Sauerstoffbildung im Prozess) 🔹 weniger Abhängigkeit von Platin und PFAS
🔬 Unsere Forschungsleistung fokussiert sich auf:
✔️ Reduktion oder Ersatz von Platin durch Ni-basierte Katalysatoren ✔️ Optimierung von Elektroden und Katalysatorbeladung ✔️ Realitätsnahe Tests für skalierbare Anwendungen
Kurz gesagt: Weniger kritische Materialien. Mehr Effizienz. Klare Praxisperspektive.
Unsere Material- und Oberflächenkompetenzen bringen wir auch in der Modellregion H2-Wandel Grüner Wasserstoff Baden-Württembergein. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung, Industrie und Verwaltung erarbeiten wir Lösungen für eine nachhaltige und effiziente Wasserstoffwirtschaft.
⏳ Projektlaufzeit: 2026–2028 | Projektpartner: Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) | Projektträger: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) | Förderkennzeichen: 01IF24704 N | Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
Das fem auf der European Hydrogen Energy Conference (EHEC) 2026
„Hydrogen is a need and reality.“ (Joaquín Rodríguez, Moeve)
Hydrogen is unstoppable.“ (Jorge Palomar Herrero, Iberdrola)
Eine Konferenz, die mit solchen Aussagen zusammengefasst werden kann, zeigt eindeutig: Die Diskussion hat sich verschoben. Wir reden nicht mehr über das „Ob“, sondern über das „Wie schnell“ und „Wer mit wem“.
Bei der European Hydrogen Energy Conference (EHEC) 2026 in Sevilla kamen über 1.300 Teilnehmende aus mehr als 45 Ländern zusammen, um sich für die gemeinsame Vision einer europäischen Wasserstoffzukunft einzusetzen. Dabei zeigte sich einerseits, wie dynamisch sich Forschung, Technologie und Markt rund um Wasserstoff entwickeln, andererseits aber auch, wie viel Potenzial noch ungenutzt bleibt.
Für uns war Dr. Mila Manolova vor Ort. Neben der Postersession „AEM Electrolyzers: Materials, Components & Stacks“, in der sie aktuelle Forschungsarbeiten des fem Forschungsinstituts präsentierte, moderierte sie eine Parallel-Session zur AEM-Elektrolyse.
Besonders eindrücklich: Die AEM-Elektrolyse hat den Schritt vom Konzept zur konkreten Skalierungsaufgabe vollzogen. Die Beiträge spannten den Bogen von der Grundlagenforschung über innovative Materialien und Fertigungsprozesse bis hin zur industriellen Umsetzung. Diese Vielfalt unterstreicht, wie entscheidend die enge Verzahnung von Forschung und Industrie ist.
Unsere Beiträge: 🔹 PGM-reduzierte Katalysatoren für PEMFC 🔹 PGM-freie Elektroden für AEM-Elektrolyse
Fazit: Materialien, Prozesse, Systeme und Märkte greifen zunehmend ineinander und entwickeln sich gemeinsam weiter. Die größten Fortschritte entstehen dort, wo Disziplinen ineinandergreifen und Kooperation beginnt.
Delegationsreise nach Brüssel – gemeinsam mit starken Partnern aus Wirtschaft und Forschung aus Ostwürttemberg
Ein intensives und äußerst erkenntnisreiches Programm hat uns spannende Einblicke in die Arbeitsweise der EU ermöglicht. Besonders wertvoll war für den Leiter des fem Forschungsinstituts, Prof. Dr. Holger Kaßner, der direkte Austausch zu zentralen Zukunftsthemen wie CO₂-Abscheidung und -Speicherung (CCS), CO₂-Nutzung (CCU), Batterieforschung und dem Umgang mit PFAS.
Dabei wurde einmal mehr deutlich: Der enge Dialog zwischen Wirtschaft, Forschung und europäischer Ebene ist entscheidend, um Innovationen voranzubringen und wettbewerbsfähige Lösungen zu entwickeln. Denn so wichtig die Perspektive aus Brüssel ist – die konkreten Herausforderungen in den Regionen werden nicht immer unmittelbar sichtbar. Umso wichtiger ist es, genau hier anzusetzen und Verantwortliche, etwa für Förderprogramme, noch stärker für die Realität vor Ort zu sensibilisieren.
Wir nehmen viele wichtige Impulse mit – und freuen uns darauf, den Austausch weiter zu vertiefen. Ein herzliches Dankeschön an die IHK Ostwürttemberg für die hervorragende Organisation und Durchführung!
Und nicht zuletzt: Es ist beeindruckend zu sehen, wie eng Politik, Wirtschaft und Forschung in unserer Region zusammenarbeiten – genau daraus entsteht echte Zukunftskraft.
NiSkali: Edelmetallfreie Katalysatoren für die Wasserelektrolyse
N-AEMEL zeigt die technologischen Möglichkeiten – NiSkali weist den Weg in Richtung industrielle Skalierung.
Im Vorgängerprojekt (N-AEMEL) konnten wir nachweisen, dass Nickel-Schwefel-Katalysatorschichten (Ni-S) eine leistungsfähige und kostengünstige Alternative zu Edelmetallen für Anode und Kathode in der alkalischen Membran-Wasserelektrolyse (AEM-WE) darstellen.
Die Ergebnisse im Überblick:
Hohe katalytische Aktivität durch vergrößerte elektrochemisch aktive Oberfläche.
Reduzierter Ladungsübertragungs- und ohmscher Widerstand.
Verbesserter Elektroden-Membran-Kontakt.
Deutlich geringere Material- und Prozesskosten durch galvanische Abscheidung.
❗ Bei der Wasserstoffentwicklung übertrifft Ni-S den etablierten Pt/C-Katalysator!
Auch auf der Anode zeigt sich großes Potenzial: Durch partielles S-Leaching entstehen aktive NiOOH-Strukturen, die die katalytische Aktivität erhöhen und die Sauerstoffentwicklung deutlich verbessern.
💡 Zur Einordnung: Die AEM-Elektrolyse gilt als vielversprechende Technologie zur kostengünstigen Wasserstofferzeugung. Insbesondere, da sie ohne Edelmetalle auskommt und gleichzeitig flexibel auf erneuerbare Energien reagieren kann.
🚀 Und jetzt? NiSkali setzt sich das Ziel, eine technologisch und wirtschaftlich tragfähige Lösung für die industrielle AEM-Elektrolyse zu entwickeln.
🎯 Der Fokus des Projekts liegt auf:
Optimierung von Elektrolyten und Abscheidungsprozess
Gezielte Steuerung des S-Leachings und der Mikrostruktur
Entwicklung geeigneter Vorbehandlungsstrategien
Skalierung der Elektrodenfertigung (Faktor 10)
Langzeitstabilität und Alterungsverhalten
PS: Für die Skalierung der Wasserstoffwirtschaft braucht es innovative Materialansätze und starke Netzwerke entlang der Wertschöpfungskette. Als Mitglied der Modellregion H2-Wandel Grüner Wasserstoff Baden-Württemberg bringen wir unsere Expertise genau hier ein. In Workshops, Schulungen und individuellen Formaten beraten wir Sie auch gerne persönlich!
⏳ Projektlaufzeit: 2026–2028 | Projektpartner: Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) | Projektträger: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) | Förderkennzeichen: 01IF24616N | Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
