Das Projekt "Elektrochemische Synthese von III-V (GaN, InN, GaSb, InSb, AlSb) und Metallsulfid (ZnS, GaS) Verbindungshalbleitern und deren Nanostrukturen aus ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Elektrochemie durchgeführt. Das Projekt beabsichtigt die Entwicklung von III-V-Verbindungshalbleitern (GaN, InN, GaSb, InSb und AlSb) und Metallsulfid-Verbindungshalbleitern (ZnS- und GaS) Dünnfilmen und Nanostrukturen (Nanoröhrchen, Nanodrähte und makroporöse Strukturen) bei elektrochemischer Abscheidung/stromloser Abscheidung in verschiedenen ionischen Flüssigkeiten nahe Raumtemperatur. Der Hauptfokus wird auf das Verständnis des Reaktionsmechanismus der Bildung der Verbindungshalbleiter gesetzt. Die Reaktionsmechanismen werden anhand von IL-Salz-Mischungen, Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche und der hergestellten Strukturen und Schichten analysiert. Der Einfluss der IL-Zusammensetzung auf die Morphologie und die optischen Eigenschaften der erhaltenen Halbleiter wird untersucht. Zusätzlich werden die Halbleiternanostrukturen Templat-basiert und Templat-frei elektrochemisch hergestellt, was eine neue Methode zur Synthese von Halbleiternanostrukturen nahe Raumtemperatur eröffnet.
Das Projekt "NEMWARE: NanoElektroMembranverfahren zur Entfernung von Spurenschadstoffen bei der Wiederverwendung von Wässern (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institute for Advanced Membrane Technology durchgeführt. Verunreinigungen im Trinkwasser und im Wasser für die Landwirtschaft sind ein wichtiges Thema, das Aufmerksamkeit und neue Wege der Behandlung erfordert. Das Ziel ist die Entwicklung neuartiger NanoElektroMembran (NEM)-Verfahren für die Entfernung von Mikroverunreinigungen. Die Ziele sind i) die Integration von Nanotechnologien mit elektrochemischen Reaktionen in einer Kompositmembran, ii) die in-situ-Überwachung von Mikroverunreinigungen in verschmutztem oder wiederverwendetem (behandeltem) Wasser und iii) die effektive Entfernung von Mikroverunreinigungen bei der Wasserwiederverwendung. Nanotechnologien beinhalten relativ neue Ansätze für Wasserprobleme, die Nano-Adsorptionsmittel, Nanokatalysatoren und Membranverfahren auf der Basis von Nanoporen umfassen. Aufgrund der hohen Oberfläche werden Adsorptionskapazitäten und Reaktivitäten verbessert. Die vorgeschlagene Forschung basiert auf dem kürzlich entwickelten Ansatz der elektrochemischen Filtration, der sich im Labor zur Überwachung von Schwermetallen und organischen Stoffen als sehr vielversprechend erwiesen hat und auf Mikroverunreinigungen ausgedehnt werden soll. In dem vorgeschlagenen Projekt schließen sich drei komplementäre Gruppen zusammen, um neue Ansätze zur Kombination von Adsorption und elektrochemischer Behandlung und In-situ-Überwachung zu entwickeln. Der Kern unseres Ansatzes ist die Integration elektrochemischer Durchflusssysteme mit Ultrafiltration. Die auf Aktivkohle und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) basierenden Durchfluss-Kohlenstoffmembranelektroden werden für die elektrochemische Behandlung und die voltammetrische Überwachung verwendet. Diese werden mit der Ultrafiltration kombiniert, um NanoElektroMembranen (NEM) zu bilden. Die Kopplung von Nanomaterialien, Elektrochemie und Membranen ist einzigartig.
Das Projekt "GG-CO2 - CO2-Abtrennung mittels Nano-Carbon basierter Mixed-Matrix-Membranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Future Carbon GmbH durchgeführt. Im Rahmen des GG-CO2 Projektes werden wir neue, auf mit Nanokohlenstoff gefülltem Polymer basierende Membranen zur CO2-Abtrennung unter anderem für die Erdgas-Konditionierung entwickeln. Diese Mixed-Matrix-Membranen vereinen die Vorteile von polymehrbasierten Membranen (Skalierbarkeit der Produktion, niedrige Kosten) mit der überragenden Leistungsfähigkeit von kohlenstoffbasierten Nanowerkstoffen im Hinblick auf Selektivität und Permeanz. Diese neuen auf der Basis von gleichmäßig in der Kunststoffmatrix dispergierten Kohlenstoff-nanoröhren (CNTs) und Nano-Graphene-Platelets (NGPs) entwickelten Mixed- Matrix-Membranen sollen langfristig Selektivitäten von bis zu 40 für CO2/CH4- und 20 für CO2/N2-Gemische erreichen, wobei Permeanzen bis jenseits von 750 Barrer angestrebt werden. Im Vergleich zu den viel publizierten Untersuchungen zu Polymehrmembranen verbindet unser Ansatz die Eigenschaften von zwei Materialien: Die Nano-kohlenstoffe mit ihrem hohem Sorptionsvermögen und den Polymer mit seiner hohen CO2-Selektivität.
Das Projekt "CaNTser - Erforschung des toxischen Potentials von Carbon Nanotubes nach Langzeitinhalation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. durchgeführt. Ziel des Einzelvorhabens ist die Synthese und Charakterisierung von 4 verschiedenen Typen von Kohlenstoffnanoröhren, die sich in den Abmaßen (Durchmesser, Länge) bzw. Morphologie (nadelförmig oder gebogen) unterscheiden, jedoch der WHO-Faser Definition entsprechen. CNT1: Durchmesser 20-40nm, Länge 10 -15 Mikro m, gebogen gewachsen CNT2: Durchmesser 20-40nm, Länge 10-15 Mikro m nadelförmig gewachsen CNT3: Durchmesser 80 - 100nm, Länge 10 -15 Mikro m gebogen gewachsen CNT4: Durchmesser 80 -100 nm, Länge 10-15 Mikro m gerade, nadelförmig gewachsen Die synthetisierten und charakterisierten CNTs werden dem Projektpartner ITEM zu Inhalationsversuchen bzw. für zytologische und biochemische Untersuchungen zur Verfügung gestellt. Zunächst wird eine größere Menge CNT1 für Inhalationsversuche synthetisiert, charakterisiert und dem Partner zur Verfügung gestellt, um diese zeitaufwendigen Experimente schnellstmöglich zu beginnen. Danach werden die optimalen Syntheseparameter für den CNT 4-Typ ermittelt. Die anschließende komplexe Charakterisierung und Lieferung entsprechender Mengen für Screeningtest und in vitro- Untersuchungen soll nach 18 Monaten abgeschlossen sein. Anschließend werden die optimalen Herstellungsbedingungen für die Sorten CNT2 und CNT3 ermittelt, dabei werden verschiedene Varianten von CVD- Verfahren und Prekursoren eingesetzt. Neben der komplexen Charakterisierung der CNTs werden auch stabile Dispersionen hergestellt. Nachbehandlungen aller CNT- Sorten werden bei Bedarf über die gesamte Laufzeit des Projektes durchgeführt. Hochtemperaturglühungen bzw. CO2 bzw. H2O - Behandlungen sollen zur Reinigung und eventuell notwendiger Abdünnung der CNTs eingesetzt werden. In einem weiteren Arbeitspaket werden alle Synthese- und Charakterisierungsergebnisse ausgewertet und zusammengefasst, eine Produktbeschreibung erarbeitet und entsprechende Zwischenberichte bzw. Publikationen verfasst. Mit dem Verbundpartner werden die Ergebnisse auf regelmäßigen Treffen ausgewertet.
Das Projekt "CaNTser - Erforschung des toxischen Potentials von Carbon Nanotubes nach Langzeitinhalation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. In diesem Verbundvorhaben soll als Hauptfragestellung untersucht werden, ob MWCNTs im Tierexperiment an Ratten nach inhalativer Aufnahme Tumore besonders auch Mesotheliome verursachen können. Außerdem haben zyto- und gentoxische Untersuchungen gezeigt, dass die Toxizität und wahrscheinlich auch die Kanzerogenität von Nanotubes sehr von den unterschiedlichen Modifikationen und den Vereinzelungseigenschaften bestimmt werden. In diesem Vorhaben werden deshalb zusätzlich verschiedene Nanotubes (MWCNT) mit unterschiedlichen Modifikationen gezielt synthetisiert und bezüglich ihrer potentiellen Toxizität vergleichend in die beantragten Untersuchungen einbezogen. Die Toxizität könnte eine wesentliche Voraussetzung auch für die Kanzerogenität sein. Zunächst sollen größere Mengen einer MWCNT produziert werden (CNT1), die in dem Langzeitversuch per 12-monatige nose-only Inhalation mit lebenslanger Nachbeobachtungszeit eingesetzt wird. Danach werden verschiedene CNTs hergestellt, wobei die CNT-Charakteristika Faserdicke, Krümmungsgrad und eventuell Oberflächenbeschaffenheit variiert werden sollen. Diese Nanotubes sollen zusammen mit Referenz CNTs bezüglich ihrer potentiellen Toxizität vergleichend in die in vitro Untersuchungen eingesetzt werden. Aus diesen CNTs sollen zwei bis drei ausgesucht werden, die in einem 28- und 90-tägigen Instillationsversuch benutzt werden, um eine direkte Korrelation der in vitro und der in vivo Untersuchungen zu erhalten.
Das Projekt "EYECULTURE - Organotypische Langzeitkultivierung von adultem Augengewebe zur Erforschung von Krankheiten und Wirkstoffen in vitro - Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Experimentelle Physik I, Abteilung Physik der weichen Materie durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es organotypische Kulturmethoden von Augengewebe - von Retinaschnitten bis zu Augenmuscheln von Meerschweinchen, Kaninchen und Schweinen, größtenteils aus Schlachthöfen - zu entwickeln, um diese für die Erforschung von Funktion und Erkrankungen des Auges in vitro zu nutzen. Dabei kommen erstmals neuartige Methoden der Physik in Kombination mit biomedizinischen Ansätzen zum Einsatz, um selbstentwickelte TiO2 Nanoröhren Scaffolds für Gewebekulturen einzusetzen, wobei die Scaffolds mehrmalig verwendet werden können. Da hierbei aus einem Auge mindestens 5 Kulturmodelle entwickelt werden können, bietet dieses Projekt großes Potenzial bei der Reduktion von Tierversuchen. Zunächst planen wir die TiO2 Scaffolds zur organotypischen Langzeitkultivierung weiter zu erforschen und zu optimieren, um breitere Einsatzmöglichkeiten in der organotyischen Kultivierung zu ermöglichen. Weiterhin soll ein neuartiger Bioreaktor zur Kultivierung von Augenmuscheln erforscht werden. In einem weiteren Schritt wollen wir zeigen, dass bei der Funktion des Auges die Elastizität des Gewebes eine wichtige Rolle spielt und diese bei Erkrankungen verändert ist, so dass es z.B. zum Netzhautriss kommt. Zwei selbstentwickelte Apparaturen zu Messung der mechanischen Eigenschaften werden dabei zum Einsatz kommen. In Kombination mit dem Einsatz von Wirkstoffen wollen wir Pathologie, Heilungsprozesse und Chirurgie in vitro simulieren und erforschen.
Das Projekt "EYECULTURE - Organotypische Langzeitkultivierung von adultem Augengewebe zur Erforschung von Krankheiten und Wirkstoffen in vitro - Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es organotypische Langzeit-Kultivierungsmodelle für Augengewebe zu entwickeln, die es ermöglichen werden, Versuche an lebendigen Tieren stark zu reduzieren in Fragen a) der Erforschung neurodegenerativer Krankheiten, b) des Tests von Wirkstoffen, c) der Erprobung operativer Techniken und d) der Grundlagenforschung. In einem interdisziplinären Ansatz sollen dazu durch Kombination von physikalischen, biologischen und medizinischen Methoden organotypische Langzeitkultivierungsmethoden von adulten Augen-Explantaten (Netzhautstücken als 'Wholemounts'), sowie ein neuartiger Gewebe-Bioreaktor zur Kultivierung von Augenbecher aufgebaut werden, die im Kern auf speziell zu optimierende nanostrukturierte TiO2-Scaffolds basieren. Letztere bauen auf gemeinsame Vorarbeiten (1) auf, in denen demonstriert werden konnte, dass sich diese von uns entwickelten Scaffolds zum Erhalt des sehr komplexen und strukturierten Gewebes der adulten Retina vorzüglich eignen.
Das Projekt "EYECULTURE - Organotypische Langzeitkultivierung von adultem Augengewebe zur Erforschung von Krankheiten und Wirkstoffen in vitro - Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es organotypische Langzeit-Kultivierungsmodelle für Augengewebe zu entwickeln, die es ermöglichen werden, Versuche an lebendigen Tieren stark zu reduzieren in Fragen a) der Erforschung neurodegenerativer Krankheiten, b) des Tests von Wirkstoffen, c) der Erprobung operativer Techniken und d) der Grundlagenforschung. In einem interdisziplinären Ansatz sollen dazu durch Kombination von physikalischen, biologischen und medizinischen Methoden organotypische Langzeitkultivierungsmethoden von adulten Augen-Explantaten (Netzhautstücken als 'Wholemounts'), sowie ein neuartiger Gewebe-Bioreaktor zur Kultivierung von Augenbecher aufgebaut werden, die im Kern auf speziell zu optimierende nanostrukturierte TiO2-Scaffolds basieren. Letztere bauen auf gemeinsame Vorarbeiten (1) auf, in denen demonstriert werden konnte, dass sich diese von uns entwickelten Scaffolds zum Erhalt des sehr komplexen und strukturierten Gewebes der adulten Retina vorzüglich eignen.
Das Projekt "Teilprojekt: Universität Duisburg-Essen (WATERSPLIT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Theoretische Chemie durchgeführt. Bei der Sonnenenergienutzung spielt die effiziente Wasserstoffproduktion mit Hilfe von Photokatalysatoren auf Halbleiterbasis eine wichtige Rolle. Im Rahmen ihrer Erforschung besteht das Ziel des vorliegenden Vorhabens in der Ausarbeitung eines zuverlässigen fundamentalen theoretischen Ansatzes zur Vorhersage der Bandstruktur dotierter oxidischer Photokatalysatoren sowie der lichtangeregten Elektronentransferprozesse mittels normaler und zeitabhängiger quantenchemischer Dichtefunktionaltheorie. Modellsysteme sind dabei TiO2 und SrTiO3-Nanoröhren und Nanodrähte. An der Universität Duisburg-Essen erfolgt dabei die Modellentwicklung und Workflowimplementierung zur Vorbereitung von extensiven Simulationsrechnungen. Dazu wird zunächst durch Testrechnungen ein geeignetes Modellsystem definiert (chemische Zusammensetzung, Balance von Größe und Genauigkeit der quantenchemischen Rechnungen). Mit diesem werden dann Rechnungen zu den Zustandsdichten von Nanoröhren durchgeführt und wird ein geeignetes Schema für Routinerechnungen zur Untersuchung anderer chemischer Systeme etabliert. Darauf aufbauend werden erste ab-initio-Simulationen von geeigneten dotierten Nanoröhren in Kontakt mit Wasser sowohl im Grundzustand als auch nach optischer Anregung durchgeführt und wird wiederum ein entsprechendes Schema etabliert, das anschließend weiterentwickelt wird. Das Ergebnis besteht in einer Perspektive für die Vorhersage der Bandstruktur von eindimensionalen Nanostrukturen zur Wasserspaltung.
Das Projekt "Teilprojekt: Integration von hybriden Heterojunction-Nanostrukturen in Dünnschicht Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EWE - Forschungszentrum für Energietechnologie e.V. durchgeführt. In diesem Projekt sollen Forscher aus Russland, Estland und Deutschland gemeinsam neuartige heterojunction Nanostrukturen erforschen und entwickeln. Der Einsatzzweck dieser Nanostrukturen erstreckt sich von flexibler Optoelektronik bis hin zu Photovoltaik. Die hybriden Heterojunction-Nanostrukturen sollen so weit entwickelt und verstanden werden, dass eine kostengünstige und umweltfreundliche, industrielle Produktion ermöglicht wird. Das Forschungsziel dieses Projektes ist die Untersuchung und Optimierung der Hetero-Grenzflächen zwischen Dünnschicht-Silizium und einwandigen Kohlenstoff Nanoröhren (SWCNTs) oder/ und elektrisch leitfähigen Polymeren (ECPs) mit dem Ziel, den Prototypen eines flexiblen opto-elektronischen Bauelements, wie zum Beispiel einer Solarzelle, herzustellen. Dabei sollen umweltfreundliche Herstellungsprozesse und keine toxischen oder knappen Materialien verwendet werden. Der Antragsteller wird zusammen mit den Projektpartnern Bauteile mit nanostrukturierten n-i-p Strukturen mit SWCNTs/Silizium und ECPs/Silizium Heteroübergängen herstellen. Die Resultate aus der Analyse der Heterojunctions sollen in die Entwicklung eines Simulationsprogrammes einfließen, welches dann in der Lage sein soll, Hybridsolarzellen zu simulieren. Dazu wird die Simulation mit einem elektro-optischen Modell starten, welches TF-Si Solarzellen in Kombination mit SWCNTs oder ECPs als transparente Elektrodenschicht beschreiben kann. Dafür ist die genaue Kenntnis der Heterojunction und der Materialparameter der involvierten Schichten nötig. Während des Projekts sollen Materialparameter in einem iterativen Feedback-Loop aus Simulation und Experiment ermittelt werden. Dies soll die Entwicklung eines innovativen Dünnschichtabsorbers in Kombination mit SWCNTs, ECPs und SWCNT:ECP Schichten ermöglichen. Die dazu hergestellten n-i-p Strukturen sollen dabei sowohl auf Glas als auch flexiblen Substraten wie Polymer- und Metallfolien untersucht werden.
