Nanowissenschaft

Stromgeneratoren im Nanoformat

Kieler Nanowissenschaften zeichnen internationalen Vordenker der Nanotechnologie und talentierte Nachwuchsforschende aus  

Gestern Abend (Dienstag, 18. Juni) verlieh der Forschungsschwerpunkt Kiel Nano, Surface and Interface Science (KiNSIS) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) zum sechsten Mal die Diels-Planck-Lecture. Der Preis ging an Professor Dr. Zhong Lin Wang vom US-amerikanischen Georgia Institute of Technology für seine bahnbrechenden Arbeiten in der Entwicklung von Nanogeneratoren und sich selbst versorgenden Systemen – mikroskopisch kleine Stromgeneratoren, die mit kleinsten Bewegungen mobile Geräte betreiben könnten. Mit der Auszeichnung ehren die rund 100 KiNSIS-Mitglieder jedes Jahr international renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Nano- und Oberflächenwissenschaften. Außerdem zeichnete der Schwerpunkt gestern die besten Kieler Dissertationen aus der Nano- und Oberflächenforschung des vergangenen Jahres aus. Musikalisch wurde die Preisverleihung, die im Rahmen der Konferenz „Intelligent Materials“ stattfand, vom Kieler „Trio Total“ begleitet.

Ein Pionier der Nanotechnologie


„Wir sind sehr stolz, heute einen Pionier der Nanotechnologie hier begrüßen zu dürfen“, sagte CAU-Präsident Professor Lutz Kipp zum Auftakt der Veranstaltung. Wang, Direktor des Center for Nanostructure Characterization am Georgia Tech und Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist führend in der Entwicklung von Zinkoxid-Nanostrukturen, insbesondere Nanogeneratoren. Sie können aus geringen mechanischen Bewegungen kostengünstig und dezentral Strom erzeugen. Unter dem Stichwort „Energy Harvesting“ hat diese Technologie Wissenschaft und Industrie im Bereich Energie stark beeinflusst. Es bezeichnet die Nutzung von Energie, die in der Umgebung ohnehin vorhanden ist, wie Körper- und Wasserbewegungen, Luftströmungen oder Temperaturunterschiede. Denkbar sind damit neben der Versorgung mobiler Geräte auch biomedizinische Anwendungen in Sensoren oder der Einsatz als tragbare Elektronik in smarten Textilien.

„Wang ist ein Vordenker der Nanotechnologie, der mit seinen visionären Arbeiten nicht nur neue Forschungsfelder begründet hat, sondern auch zentrale Begriffe wie Piezeoelektronik geprägt hat“, sagte Rainer Adelung, Professor für Funktionale Nanomaterialien an der CAU, in seiner Laudatio. Außerdem habe Wang wichtige Grundlagen für nanowissenschaftliche Untersuchungsmethoden wie die Transmissionselektronenmikroskopie entwickelt.


Ozean als Quelle Erneuerbarer Energien


Mit der Idee der „Blue Energy“ beschreibt Wang einen neuen Weg, um zum Beispiel die Meere als Quelle von erneuerbaren Energien zu nutzen. „Das geht weit über Solar- und Windenergie hinaus: Ein Netzwerk aus Nanogeneratoren, das die Bewegungen der Wellen in elektrische Energie umwandelt, könnte einen nennenswerten Beitrag zur Stromversorgung leisten“, unterstrich Wang das Potential der Technologie in einem Vortrag im Rahmen der Preisverleihung. „Immerhin bedeckt der Ozean etwa 70 Prozent der Erde und Wellen gibt es Tag und Nacht, unabhängig vom Wetter“, so der Physiker weiter. Wangs sogenannte triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) funktionieren über zwei Materialschichten, die immer wieder miteinander verbunden und voneinander getrennt werden. Im Kontakt der Materialschichten bauen sich elektrische Ladungen auf, die dann zur Stromerzeugung genutzt werden können, der „triboelektrische Effekt“. „Dieses Prinzip stellt einen neuen Ansatz dar, um den energetischen Herausforderungen unserer Zeit zu begegnen wie Big Data oder Internet of Things“, so Wang weiter.


Talentierte junge Nanowissenschaftlerinnen und -wissenschaftler ausgezeichnet


Im zweiten Teil des Abends wurden die besten jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Kieler Nano- und Oberflächenforschung für ihre hervorragenden Leistungen geehrt. Aus den Ergebnissen ihrer Promotionsarbeiten sind neue Forschungsfelder, innovative Materialien und erste Patente entstanden, sie haben Großforschungsprojekte der CAU erfolgreich vorangebracht oder wurden bereits in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht und vielfach zitiert. Die mit je 1.000 Euro dotierten Auszeichnungen überreichten die KiNSIS-Sprecher Professor Jeffrey McCord und Professor Kai Rossnagel in den Kategorien Nano Physics, Nano Engineering, Nano Chemistry und Nano Life Sciences. 

Die Preise sind fester Bestandteil der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses bei KiNSIS. „Junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind zentral für die Zukunft des Forschungsstandorts Schleswig-Holsteins“, betont KiNSIS-Sprecher Professor Jeffrey McCord. „Mit den KiNSIS-Promotionspreisen wollen wir ausgezeichnete Kieler Nachwuchstalente in den Nanowissenschaften fördern und auf ihrem Weg bestärken – nicht zuletzt durch Austauschmöglichkeiten mit hochkarätigen Kolleginnen und Kollegen wie unseren heutigen Gästen.“ 

Weitere Informationen

Über die Diels-Planck-Lecture

Die Diels-Planck-Lecture wird jährlich an einen herausragenden und führenden Wissenschaftler oder eine Wissenschaftlerin auf dem Gebiet der Nano- und Oberflächenwissenschaften verliehen. Die Preisträger werden durch die Mitglieder des Forschungsschwerpunktes KiNSIS der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel gewählt. Der Name der Auszeichnung geht zurück auf die Begründer der Kieler Nanowissenschaften, die Nobelpreisträger Max Planck und Otto Diels.
Max Planck wurde 1858 in Kiel geboren und 1897 auf eine Professur für theoretische Physik an die Universität Kiel berufen. 1918 wurde ihm der Nobelpreis für Physik für seine bahnbrechenden Arbeiten in der Quantenphysik verliehen, welche die Grundlagen für die Beschreibung von Nanostrukturen bildet.
Otto Diels war von 1915 bis zu seiner Emeritierung 1945 Professor für Chemie an der Universität Kiel. Zusammen mit seinem Doktoranden Kurt Alder entdeckte und entwickelte er eine der wichtigsten und leistungsfähigsten Methoden, chemische Verbindungen und Nanomaterialien herzustellen (Diels-Alder-Reaktionen). Otto Diels erhielt 1950 den Nobelpreis für Chemie.

 

Über den Preisträger

Zhong Lin Wang erhielt 1987 seinen Ph.D.-Titel in Physik von der Arizona State University. Von 1987 bis 1988 war er Post-Doc an der State University of New York in Stony Brook und von 1988 bis 1989 erhielt er ein Research Fellowship der Cavendish Laboratory an der University of Cambridge in England. Anschließend war er von 1989 bis 1993 am Oak Ridge National Laboratory und von 1993 bis 1995 am National Institute of Standards and Technology. Seit 1995 ist er am Center for Nanostructure Characterization (CNC) des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), dessen Direktor er heute ist. 2009 wurde er auswärtiges Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und 2002 Mitglied der European Academy of Sciences. Er ist Fellow der American Association for the Advancement of Science (2006), der Microscopy Society of America und der Materials Research Society (2008).
Wang gehört zu den fünf weltweit am meisten zitierten Wissenschaftlern im Bereich Nanotechnologie, hat über 660 wissenschaftlichen Artikel publiziert und hält 28 Patente. In der fächerübergreifenden Liste der weltweit am meisten zitierten Wissenschaftlerlinnen und Wissenschaftler (basierend auf Google Scholar) belegt Wang derzeit den 21. Platz.

Über die Preisträgerinnen und Preisträger der KiNSIS-Dissertationspreise

Im Inneren von Planeten herrschen extrem hohe Temperaturen und Dichten. Wie sich Elektronen unter diesen Bedingungen verhalten, hat Dr. Tobias Dornheim, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, in seiner Dissertation untersucht. Er entwickelte neue aufwendige Simulationsmethoden, mit denen das komplexe Zusammenspiel vieler Effekte für die Forschung zum ersten Mal grundlegend verständlich wird. Für seine Leistung erhält er einen „Nano Physics“-Preis.

Käfer und Geckos stehen im Fokus von Dr. Emre Kizilkans Forschung: Am Zoologischen Institut untersuchte er ihre Fähigkeiten, sich immer wieder an Oberflächen anzuhaften und zu lösen. Biologisch inspirierte Haftmechanismen wie diese könnten die Basis für neue Klebstoffsysteme in technischen Anwendungen bilden. Kizilkan konnte mit seiner Forschung völlig neue Möglichkeiten zeigen, solche Materialien zum Beispiel über Licht zu kontrollieren. Er erhält eine der beiden „Nano Life Sciences“ Auszeichnungen.

Dr. Thomas Knaak, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, hat in seiner Dissertation fundamentale physikalische Effekte von magnetischen Molekülen auf Metalloberflächen untersucht, um Nanotechnologien weiterzuentwickeln. Dazu nutze er ein Rastertunnelmikroskop, mit dem einzelne Atome und Moleküle abgebildet und "sichtbar" gemacht werden können. Mit seinen Ergebnissen konnte Knaak die Forschungen in den Kieler Sonderforschungsbereichen 677 und 668 erfolgreich vorantreiben und wird mit dem Preis „Nano Physics“ ausgezeichnet. 

Dr. Fabian Schütt, der seinen Doktortitel im Institut für Materialwissenschaft erworben hat, bekommt den „Nano Engineering“-Preis für einen bahnbrechend neuartigen Ansatz, um Kohlenstoffnanoröhren zu einem 3D-Rohrsystem zu verflechten. Auf diese Weise entstehen Materialien, die um ein Vielfaches leichter sind als Styropor und über extreme mechanische, elektrische und optische Eigenschaften verfügen. Damit bieten sie das Potential für zahlreiche Anwendungen wie der Batterie-, Komposit- und Lichttechnologie, der Gas-Sensorik oder der regenerativen Medizin.

Ziel der Dissertation von Dr. Nadja Stucke, Institut für Anorganische Chemie, war es, kleine Moleküle, insbesondere den chemisch inerten Stickstoff (N2), mit Hilfe eines geeigneten Metallkomplexes zu aktivieren, sodass derartige Moleküle katalytisch in bioverfügbare Verbindungen umgewandelt werden können. Aus ihren Resultaten ergeben sich wichtige und fundamental neue Forschungsgebiete wie die elektrokatalytische Ammoniaksynthese mit Hilfe modifizierter Elektroden. Dafür bekam sie den „Nano Chemistry“-Preis.

Dr.-Ing. Michael Timmermann hat in seiner Dissertation Silikon in zwei verschiedene biomimetische Strukturen gebracht, um zum einen das Verhalten von Zellen in beengten Umgebungen zu beschreiben und zum anderen einen mechanischen Effekt von Zellen für ingenieurswissenschaftliche Anwendungen nutzbar zu machen. Mit seinen von Zellen inspirierten, dehnungsversteifenden Materialien hat Timmermann ein neues Feld innovativer Materialien für Anwendungen in den Lebenswissenschaften erschlossen und bereits mehrere Patente angemeldet. Er wird mit einem „Nano Life Science“-Preis ausgezeichnet.

Über KiNSIS

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt »Nanowissenschaften und Oberflächenforschung« (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Life Sciences zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen.
Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de

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