Ultraleichte Materialien für eine störungsfreie Kommunikation

Kooperationsprojekt der Universitäten Kiel und Dresden gewinnt hochdotierten Innovationswettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur

W-LAN, Satellitennetze oder autonomes Fahren – die drahtlose Kommunikation nimmt zu und damit auch die Antennen in elektronischen Geräten. Spezielle Schutzkappen aus einem ultraleichten Material sollen eine störungsfreie Kommunikation ermöglichen – so die Idee von Dr. Fabian Schütt, Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Dr. Tino Schmiel, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Dresden (TUD). Mit ihrem Kooperationsprojekt haben sie jetzt den renommierten internationalen „INNOspace Masters“ gewonnen. Der von der Deutschen Raumfahrtagentur initiierte Wettbewerb zeichnet wegweisende Ideen für die Raumfahrt und andere Bereiche aus. Im Finale setzten sich Schütt und Schmiel gegen 14 andere Projekte durch, insgesamt waren über 150 Ideen aus 28 Ländern eingereicht worden. Für die Umsetzung ihres Forschungsvorhabens erhalten sie 400.000 Euro.

Um Elektronik gegen unerwünschte Signale und Störungen abzuschirmen, werden bislang Materialien auf Metallbasis verwendet. Diese sind zwar sehr sicher, aber auch schwergewichtig. Außerdem lassen sich Antennen damit nicht abdecken, da sie sonst selbst keine Signale mehr senden können. Die leichten Schutzkappen, die Materialwissenschaftler Dr. Fabian Schütt (CAU) und Raumfahrtingenieur Dr. Tino Schmiel (TUD) entwickeln wollen, sollen vor Störeinflüssen schützen, einfach anzubringen sein und eine Frequenzselektivität ermöglichen – also auch für Antennen funktionieren. Anpassbar an verschiedene Formen könnten sie die Sicherheit der digitalen Kommunikation in vielen Anwendungsbereichen erhöhen. 
 

Eines der leichtesten Materialien der Welt

Grundlage ihres Projektes „AeroMulE“ (Aerostructure Multifunctional Cover Against Environmental Radiation) ist eine ultraleichte Materialklasse, sogenannte Aeromaterialien. „Wir rechnen damit, 80 Prozent Gewicht gegenüber herkömmlichen Materialien einzusparen und damit auch kleinste elektronische Bauteile vor fremden Frequenzen zu schützen“, sagt Schütt von der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien. Er leitet die Entwicklung der Aeromaterialien an der CAU: „Mit einer Dichte von nur wenigen Milligramm pro Kubikzentimeter und einer Porosität von über 99.99 Prozent zählt diese Materialklasse zu einer der leichtesten der Welt.“ Durch ihre außergewöhnliche Nano- und Mikrostruktur haben diese Materialien außerdem einzigartige mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften.

„WiFi, Mobiltelefonie, Satellitenkommunikation, Internet of Things, autonomes Fahren, Smarte Elektronik – unsere Schutzkappen ermöglichen eine bessere Ausnutzung des Frequenzspektrums und könnten überall dort eingesetzt werden, wo Menschen und Maschinen störungsfrei miteinander kommunizieren müssen“, erläutert Schmiel, der an der TUD das Forschungsfeld Satellitensysteme und Weltraumwissenschaften leitet.


Internationaler Wettbewerb: 40 Fachleute entschieden über Ideen aus 28 Ländern

Der diesjährige Innovationswettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stand unter dem Motto „Nachhaltige und effiziente Innovationen für Weltraum und Erde“. Das Finale und die Preisverleihung fanden am 5. Juli 2022 bei der „INNOspace Masters“-Konferenz in Berlin statt. In einem mehrstufigen Verfahren hatten 40 Expertinnen und Experte visionäre Innovationsprojekte von Forschungseinrichtungen, KMUs und Start-ups ausgewählt, unter anderem in den Bereichen Satellitenerdbeobachtung und Satellitenkommunikation, Medizintechnik, Energieversorgung, Materialwissenschaften und Digitalisierung.

Mithilfe der Förderung und in enger Kooperation sollen die Aeromaterialien an der CAU jetzt weiter für die elektromagnetische Abschirmung optimiert und an der TUD so verändert werden, dass elektromagnetische Frequenzen selektiv gedämpft werden können. „Ich freue mich wirklich sehr über diesen Preis, der es uns ermöglicht, unsere gemeinsame Idee nun in die Realität zu bringen“, so Schütt.  

Über den Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“

Veranstalter des INNOspace Masters ist die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 Innovationen und Technologietransfers zwischen Raumfahrt und raumfahrtfremden Industriezweigen fördert. Die Gewinner erhalten neben weltweiten Netzwerkkontakten technologische und wirtschaftliche Unterstützung sowie Hilfe bei der Umsetzung des Vorhabens. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) Bavaria & Northern Germany und ESA BIC Hessen & Baden-Württemberg sowie die Industriepartner Airbus, OHB und DB Netz AG. Organisiert wird der INNOspace Masters von der AZO Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen.

Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr.-Ing. Fabian Schütt
Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)
+49 431 880-6024
fas@tf.uni-kiel.de

Gruppenfoto mit drei Personen, zwei halten Urkunden
© Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, Foto: Anna Gold

Dr. Franziska Zeitler (Abteilungsleiterin Innovation und Neue Märkte, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) übergab in Berlin den ersten Preis der „INNOspace Masters“ an Dr. Fabian Schütt (l., Universität Kiel) und Dr. Tino Schmiel (r., Technische Universität Dresden).

Portrait im Labor
© Julia Siekmann, Uni Kiel

Materialwissenschaftler Dr. Fabian Schütt, Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien, leitet die Entwicklung der Aeromaterialien an der CAU.

 

Mikroskopbild
© Nat Commun 11, 1437 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14875-z

Mit einer Dichte von nur wenigen Milligramm pro Kubikzentimeter und einer Porosität von über 99.99% zählen die an der CAU entwickelten Aeromaterialien zu einer der leichtesten Materialklassen der Welt (Mikroskopbild).

Über den CAU-Forschungsschwerpunkt KiNSIS:

Im Nanokosmos herrschen andere, quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Strukturen und Prozesse in diesen Dimensionen zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsnah umzusetzen, ist das Ziel des Forschungsschwerpunkts »Nanowissenschaften und Oberflächenforschung« (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). In einer intensiven interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Life Sciences könnten daraus neuartige Sensoren und Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche medizinische Therapien und vieles mehr entstehen. www.kinsis.uni-kiel.de

Pressekontakt:
Julia Siekmann
Referentin für Wissenschaftskommunikation, Forschungsschwerpunkt Kiel Nano Surface and Interface Sciences (KiNSIS)