Das Projekt "From architecture to function: Elucidating the formation and structure of soil microaggregates - a key to understand organic carbon turnover in soils? - Archfunk; Elucidating the role of surface topography and properties for the formation and stability of soil nano- and micro-aggregates by atomic force microscopy" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Formation and stability of soil micro-aggregates depend on the forces which are acting between the individual building blocks and in consequence on type, size and properties of the respective adjacent surfaces. While the interaction forces are the result of the superposition of short-range chemical forces and long-range van-der-Waals, electrostatic, magnetic dipole and capillary forces, the total contact surface is a function of the size, primary shape, roughness and larger-scale irregularities. By employ-ing atomic force microscopy (AFM), we will explore the role of topography, adhesion, elasticity and hardness for the formation of soil micro-aggregates and their stability against external stress. Special consideration will be put on the role of extracellular polymeric substances as glue between mineral particles and as a substance causing significant surface alteration. The objectives are to (i) identify and quantify the surface properties which control the stability of aggregates, (ii) to explain their for-mation and stability by the analysis of the interaction forces and contacting surface topography, and (iii) to link these results to the chemical information obtained by the bundle partners. Due to the spatial resolution available by AFM, we will provide information on the nano- to the (sub-)micron scale on tip-surface interactions as well as 'chemical' forces employing functionalized tips. Our mapping strategy is based on a hierarchic image acquisition approach which comprises the analysis of regions-of-interest of progressively smaller scales. Using classical and spatial statistics, the surface properties will be evaluated and the spatial patterns will be achieved. Spatial correlation will be used to match the AFM data with the chemical data obtained by the consortium. Upscaling is intended based on mathe-matical coarse graining approaches.
Das Projekt "N3V - Neue nanostrukturierte Nitrid-Volumenhartstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberger Hochdruckforschungszentrum (FHP), BMBF-Nachwuchsforschergruppe N3V durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von nanostrukturierten Volumenhartstoffen auf der Basis neuer Hochdrucknitride aus dem Materialsystem Si-Al-O-N bzw. neuartige Kombination bekannter Hartstoffe (cBN/wBN-Komposite) und der Einstellung einer geeigneten Mikrostruktur. Diese sollen bestehende Hartstoffe im Bereich der Metall- und Keramikbearbeitung, sowie der Rohstoffgewinnung und Gesteinsbearbeitung substituieren, um den Einsatz der kritischen Rohstoffe Wolfram und Kobalt zu minimieren. Weiterhin können diese Hartstoffe für neue Anwendungsfelder eingesetzt werden, wo hohe thermische Belastungen auftreten und/oder eine hohe Oberflächenqualität gefordert ist. Die neuartigen Hartstoffe zeichnen sich durch die Kombination von Material (HP-SiAlON bzw. cBN/wBN), der Struktur (binderfrei, Nanogefüge, Defektstruktur), sowie den eingesetzten Verfahren zur Synthese und Verdichtung (Kombination von Hochdrucksynthese/-sintern und Schocksynthese/-kompaktieren) aus. Sie besitzen eine hohe Härte und Zähigkeit, höhere thermische und chemische Stabilität und ermöglichen höhere Standzeiten und ggf. den Verzicht auf den Einsatz von Kühlmitteln.
Das Projekt "Experimentelle Untersuchung der Energiewandlung und des Pumpens in Gasströmungen mittels an nanostrukturierten Elektroden erzeugten Koronaentladungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Center of Smart Interfaces durchgeführt. Der Energiewandlungsprozess in einem elektrohydrodynamischen Generator mit einer nanostrukturierten Elektrode soll experimentell untersucht werden. Dazu werden freie Ladungen über eine Koronaentladung in eine Gasströmung eingebracht und durch die Reibung mit den umgebenden Gasmolekülen zu einer Gegenelektrode transportiert. Auf diese Weise wird mechanische in elektrische Energie gewandelt. Aus Vorarbeiten existieren Hinweise, dass mit Hilfe von nanostrukturierten Elektroden der Energiewandlungsprozess deutlich effizienter gestaltet werden kann als mit herkömmlichen Elektroden. Es soll eine Energiestrombilanz aufgestellt werden, welche die Grundlage für die daran anschließende Maximierung der Energiewandlungseffizienz bildet. Später soll der Generator in einen Capillary Pumped Loop integriert werden, der es ermöglichen soll, thermische in elektrische Energie zu wandeln. Im Kontext miniaturisierter Energiewandlersysteme soll auch das Potential von Koronaentladungen zur Förderung von Luft für Verbrennungsprozesse untersucht werden.
Das Projekt "Oberflächen und Grenzflächen in Pflanzen: Lignin, Suberin und Cutin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. Beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben haben komplexe phenolische Verbindungen (Lignin) und natürliche Polyester (Cutin, Suberin) eine wichtige Rolle gespielt indem sie neue Grenzflächen und Oberflächen mit hydrobisierenden Eigenschaften ermöglichten. Die Einlagerung von Lignin zwischen den Cellulose Mikrofibrillen und Hemicellulosen war wesentlich für die Entwicklung funktionsfähiger Leitbahnen (Xylem) und die mechanische Festigkeit. An den Grenzflächen zur Luft musste der Wasserverlust minimiert werden, was durch die Einlagerung von Cutin (Blätter) und Suberin (Stamm, Wurzel) erreicht wurde. Auch wenn Basiswissen über die drei Polymere vorhanden ist, macht sie ihre große Variabilität sowohl im Vorkommen als auch in ihrer Zusammensetzung und offene Fragen bezüglich der Polymerisation zu den am wenigsten verstandenen pflanzlichen Polymeren. Durch die Adaptionen um in den sehr vielfältigen Lebensräumen zu überleben entwickelten sich verschiedenartigste Erscheinungsformen, die hoch spezialisierte Gewebe erfordern um damit unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen zu erfüllen. Das wird erreicht durch eine sich ändernde Zusammensetzung und Struktur auf den verschieden hierarchischen Ebenen (mm-ìm-nm) und es gibt immer noch eine große Wissenslücke bezüglich Verteilung der Polymere und Struktur auf Mikro- und Nanoebene. Wir werden diese Lücke durch die Anwendung von Raman Imaging und Rasterkraftmikroskopie (AFM) füllen. Raman Imaging ermöglicht die chemische Zusammensetzung auf Mikroebene zu verfolgen und AFM ergänzt durch die Aufklärung von Nanostruktur und -mechanik. Jedes Raman-Image basiert auf Tausenden von Spektren, wovon jedes ein molekularer Fingerabdruck der Zellwand auf Mikroebene ist. Derzeit gelingt es nur einen Teil der chemischen und strukturellen Informationen die in der Raman-Signatur stecken, zu extrahieren. Durch mehr Wissen über die Raman-Spektren der Pflanzen und ihrer Komponenten und neue Ansätze der multivariater Datenanalyse wollen wir mehr Informationen zugänglich machen. Um auf Nano-Ebene die chemische Zusammensetzung von kleinsten Oberflächen und Grenzflächen zu entschlüsseln, werden wir Tip-enhanced Raman-Spektroskopie (TERS) anwenden. Mit diesen anspruchsvollen in-situ Ansätze werden wir 1) die Lignifizierung innerhalb der nativen Zellwand verfolgen und ungelöste Fragen rund um die Lignin Polymerisation angehen 2) die Chemie und Struktur der Tracheiden und Gefäßwände auf Mikro-und Nano-Ebene und etwaige Auswirkungen auf die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften aufklären 3) die Mikrochemie und Nanostruktur von Cuticula und Periderm und ihren Einfluss auf die Barriereeigenschaften entschlüsseln und 4) beantworten ob Trockenstress sich auch auf der Mikroebene und Nanoebene widerspiegelt. Neue Einblicke in die Variabilität, Verteilung und Zusammensetzung der Pflanzenpolymere und den Einfluss von Trockenstress werden gewonnen und wichtige Struktur-Funktions-Beziehungen aufgeklärt. usw.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich Centre for Neutron Science (JCNS), Neutronenforschung (JCSN-2) Streumethoden durchgeführt. Die Verwendung nachhaltiger Rohstoffe ist von höchster Bedeutung für zukünftige Batterietechnologien. Der Trend zu nanostrukturierten Elektrodenmaterialien verspricht dabei erhebliche Vorteile, wie erhöhte Ladeströme, Speicherkapazität und verbesserte Stabilität. Mit der Kombination von polarisierter Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) und Atompaarverteilungsfunktion (PDF) am Diffraktometer DREAM (ESS) bieten wir neuartige Neutroneninstrumentierung und Methodik. Mit diesem Ansatz werden wir Magnetismus, nanoskalige Morphologie und atomare Struktur von Eisenoxidnanoteilchen als Modellsysteme für Na- und Li-basierte Batterien untersuchen. Komplementäre Untersuchungen mittels Röntgenstreuung werden an der SAXS beamline CoSAXS (MAX IV) durchgeführt werden. Unsere skalenübergreifende Methodik wird es ermöglichen, in situ und simultan die strukturellen und magnetischen Änderungen im Elektrodenmaterial zu verfolgen, die als Reaktion auf lokale Fehlordnung, Oberflächenverzerrungen und - defekte sowie Dichtefluktuationen von Na und Li während Ladung und Entladung auftreten. Speziell polarisierte SANS Messungen der Magnetisierungsverteilung im Nanoteilchen während der Ladungszyklen in einer elektrochemischen Zelle erlauben einen neuen Zugang zur Überwachung der Batterieleistung und werden mögliche Versagensmechanismen aufklären. Vor der Methodenentwicklung für DREAM stehen komplementäre Neutronen- und Röntgenstreuungsstudien, die am MLZ, ISIS und ILL sowie MAX IV, Petra III und SLS durchgeführt werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Chemie, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Die Verwendung nachhaltiger Rohstoffe ist von höchster Bedeutung für zukünftige Batterietechnologien. Der Trend zu nanostrukturierten Elektrodenmaterialien verspricht dabei erhebliche Vorteile, wie erhöhte Ladeströme, Speicherkapazität und verbesserte Stabilität. Mit der Kombination von polarisierter Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) und Weitwinkelneutronendiffraktion (Bragg- und diffuse Streuung, Atompaarverteilungsfunktion PDF) am Diffraktometer DREAM (ESS) bieten wir eine aktuelle Entwicklung neuartiger Neutroneninstrumentierung und Methodik. Mit diesem Ansatz werden wir Magnetismus, nanoskalige Morphologie und atomare Struktur von Eisenoxidnanoteilchen als Modellsysteme für Na- und Li-basierte Batterien untersuchen. Komplementäre Untersuchungen mittels Synchrotron-Röntgenstreuung werden an der WAXS-SAXS beamline CoSAXS (MAX IV) durchgeführt werden. Unsere skalenübergreifende Methodik wird es ermöglichen, in operando und simultan die strukturellen und magnetischen Änderungen im Elektrodenmaterial zu verfolgen, die als Reaktion auf lokale Fehlordnung, Oberflächenverzerrungen und -defekte sowie Dichtefluktuationen von Na und Li während Ladung und Entladung auftreten. Speziell polarisierte SANS Messungen der Magnetisierungsverteilung im Nanoteilchen während der Ladungszyklen in einer elektrochemischen Zelle werden einen neuen Zugang zur Überwachung der Batterieleistung ermöglichen und mögliche Versagensmechanismen aufklären. Vor der Methodenentwicklung für DREAM stehen komplementäre Neutronen- und Röntgenstreuungsstudien, die am MLZ, ISIS und ILL sowie MAX IV, Petra III und SLS durchgeführt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Herstellung der Prozesstechnologie für die katalytische Pilotanlage, sowie Aufbau und Inbetriebnahme der Anlage in einem CSP Kraftwerk" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Protarget AG durchgeführt. Parabolrinnenkraftwerke sind die am weitesten verbreitete solarthermische Kraftwerkstechnik. Weltweit sind etwa 80 Anlagen mit einer Leistung von über 4 GW im Betrieb. Als Wärmeträger ist ausschließlich die eutektische Mischung von Biphenyl und Diphenylether im Einsatz, deren maximale Betriebstemperatur mit 400 Grad Celsius angegeben wird. Bereits unterhalb dieser Temperatur neigt das Material zur Alterung, bei der unter anderem Wasserstoff entsteht. Dieser kann durch Permeation in den evakuierten Ringspalt der Solarreceiver eindringen. Die Ansammlung in dieser Vakuumisolierung wird durch sogenannte Getter verhindert, die das Gas binden. Ist die Getterkapazität erschöpft, steigt der Wasserstoffdruck in den Receivern an und es kommt zu hohen Wärmeverlusten, wodurch die Stromerzeugung in den Solarkraftwerken sinkt. Damit diese Situation nicht innerhalb der geplanten Anlagenbetriebsdauer eintritt, muss die Wasserstoffkonzentration eng begrenzt werden. Im Projekt HyConSys wurden die Bildung, die Verteilung und der Austrag von Wasserstoff in einem Kraftwerk untersucht und simuliert. Ferner wurde eine innovative Technik zur Analyse des Wasserstoffgehalts vor Ort im Kraftwerk entwickelt. Eine weitere Innovation aus HyConSys ist ein nanostrukturierter Katalysator, der zum Abbau von Wasserstoff eingesetzt werden kann und der im Labor unter simulierten Kraftwerksbedingungen erfolgreich getestet wurde. Hyrec3 zielt nun vor allem auf die Weiterentwicklung und Skalierung des neuen Abbauverfahrens von Wasserstoff auf der Basis des Katalysators und auf einen Test in der realen Kraftwerksumgebung in einem relevanten Maßstab. Hierdurch soll die Minderung der Wasserstoffkonzentration in der Anwendungsumgebung nachgewiesen und der Vollmaßstab vorbereitet werden. Ferner wird das Simulationstool zur Wasserstoffkontrolle weiter ausgebaut und es soll ein neues Messverfahren entwickelt werden, das es erlaubt den Sättigungsgrad der Getter zerstörungsfrei im Feld zu bestimmen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellierung, Auslegung und Test einer katalytischen Wasserstoff-Umwandlung sowie zerstörungsfreie Messung der Wasserstoffbeladung von Receivern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CSP Services GmbH durchgeführt. Parabolrinnenkraftwerke sind die am weitesten verbreitete solarthermische Kraftwerkstechnik. Weltweit sind etwa 80 Anlagen mit einer Leistung von über 4 GW im Betrieb. Als Wärmeträger ist ausschließlich die eutektische Mischung von Biphenyl und Diphenylether im Einsatz, deren maximale Betriebstemperatur mit 400 Grad Celsius angegeben wird. Bereits unterhalb dieser Temperatur neigt das Material zur Alterung, bei der unter anderem Wasserstoff entsteht. Dieser kann durch Permeation in den evakuierten Ringspalt der Solarreceiver eindringen. Die Ansammlung in dieser Vakuumisolierung wird durch sogenannte Getter verhindert, die das Gas binden. Ist die Getterkapazität erschöpft, steigt der Wasserstoffdruck in den Receivern an und es kommt zu hohen Wärmeverlusten, wodurch die Stromerzeugung in den Solarkraftwerken sinkt. Damit diese Situation nicht innerhalb der geplanten Anlagenbetriebsdauer eintritt, muss die Wasserstoffkonzentration eng begrenzt werden. Im Projekt HyConSys wurden die Bildung, die Verteilung und der Austrag von Wasserstoff in einem Kraftwerk untersucht und simuliert. Ferner wurde eine innovative Technik zur Analyse des Wasserstoffgehalts vor Ort im Kraftwerk entwickelt. Eine weitere Innovation aus HyConSys ist ein nanostrukturierter Katalysator, der zum Abbau von Wasserstoff eingesetzt werden kann und der im Labor unter simulierten Kraftwerksbedingungen erfolgreich getestet wurde. Hyrec3 zielt nun vor allem auf die Weiterentwicklung und Skalierung des neuen Abbauverfahrens von Wasserstoff auf der Basis des Katalysators und auf einen Test in der realen Kraftwerksumgebung in einem relevanten Maßstab. Hierdurch soll die Minderung der Wasserstoffkonzentration in der Anwendungsumgebung nachgewiesen und der Vollmaßstab vorbereitet werden. Ferner wird das Simulationstool zur Wasserstoffkontrolle weiter ausgebaut und es soll ein neues Messverfahren entwickelt werden, das es erlaubt den Sättigungsgrad der Getter zerstörungsfrei im Feld zu bestimmen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines kontinuierlichen Eliminierungsverfahrens für Wasserstoff und Untersuchungen zu physikalisch-chemischen Parametern des Abbaus, der Verteilung und der Akkumulation von Wasserstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung (SF), Standort Köln durchgeführt. Parabolrinnenkraftwerke sind die am weitesten verbreitete solarthermische Kraftwerkstechnik. Weltweit sind etwa 80 Anlagen mit einer Leistung von über 4 GW im Betrieb. Als Wärmeträger ist ausschließlich die eutektische Mischung von Biphenyl und Diphenylether im Einsatz, deren maximale Betriebstemperatur mit 400 Grad Celsius angegeben wird. Bereits unterhalb dieser Temperatur neigt das Material zur Alterung, bei der unter anderem Wasserstoff entsteht. Dieser kann durch Permeation in den evakuierten Ringspalt der Solarreceiver eindringen. Die Ansammlung in dieser Vakuumisolierung wird durch sogenannte Getter verhindert, die das Gas binden. Ist die Getterkapazität erschöpft, steigt der Wasserstoffdruck in den Receivern an und es kommt zu hohen Wärmeverlusten, wodurch die Stromerzeugung in den Solarkraftwerken sinkt. Damit diese Situation nicht innerhalb der geplanten Anlagenbetriebsdauer eintritt, muss die Wasserstoffkonzentration eng begrenzt werden. Im Projekt HyConSys wurden die Bildung, die Verteilung und der Austrag von Wasserstoff in einem Kraftwerk untersucht und simuliert. Ferner wurde eine innovative Technik zur Analyse des Wasserstoffgehalts vor Ort im Kraftwerk entwickelt. Eine weitere Innovation aus HyConSys ist ein nanostrukturierter Katalysator, der zum Abbau von Wasserstoff eingesetzt werden kann und der im Labor unter simulierten Kraftwerksbedingungen erfolgreich getestet wurde. Hyrec3 zielt nun vor allem auf die Weiterentwicklung und Skalierung des neuen Abbauverfahrens von Wasserstoff auf der Basis des Katalysators und auf einen Test in der realen Kraftwerksumgebung in einem relevanten Maßstab. Hierdurch soll die Minderung der Wasserstoffkonzentration in der Anwendungsumgebung nachgewiesen und der Vollmaßstab vorbereitet werden. Ferner wird das Simulationstool zur Wasserstoffkontrolle weiter ausgebaut und es soll ein neues Messverfahren entwickelt werden, das es erlaubt den Sättigungsgrad der Getter zerstörungsfrei im Feld zu bestimmen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Nanoskopische Charakterisierungen und Prozesssimulationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung durchgeführt. Das Ziel des Verbundvorhabens 'RoSiLIB' ist die Entwicklung eines neuartige Anodenmaterials für Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Dieses ermöglicht eine höhere Speicherkapazität der LIBs bei gleichem Volumen oder Gewicht, eine Hauptforderung der Elektromobilität. Der Ersatz des aktuellen Anodenmaterials Grafit durch Silizium bringt diesen Fortschritt, allerdings pulverisiert Si nach wenigen Ladezyklen, die LIBs haben keine akzeptable Lebensdauer. Nur nanostrukturierte Si-Anoden führen zu stabilen LIBs. 'Rosi' entwickelt ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von nanoporösen Si-Mikroteilchen mit weiterer Verbesserung durch nanoskalige Teilchenbeschichtung mit Kohlenstoff. Die nanotechnologischen F&E-Aufgaben in Rosi erfordern eine fortschrittliche nanoskopische Analytik die am HZDR verfügbar ist. Dazu gehören die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zur Untersuchung der Nanoporosität und die Charakterisierung nanoskaliger Schichten auf Mikroteilchen. Eine bildgebende Elementanalyse (EDX) wird eingesetzt, um den Auslaugungsprozess der Metallmatrix aus dem Si-Schwamm zu kontrollieren. Neueste Methoden wie TEM-Tomografie und Helium-Ionen-Mikroskopie, die am HZDR im Rahmen eines EU-Projektes weiterentwickelt wird, kommen zur Anwendung. Ein zweiter Beitrag des HZDR zum Verbundvorhaben ist die Nutzung seiner materialwissenschaftlichen Kompetenz, insbesondere zu Prozessmodellierungen und Computersimulationen. Zur Synthese von Si-Nanoschwammschichten hat das HZDR ein internationales BMBF-Verbundprojekt koordiniert. Das dort eingesetzte kinetische 3D Monte-Carlo-Programm wird für das Rosi-Projekt modifiziert. Simulationen zur Rascherstarrung von Mikrotröpfchen reduzieren den experimentellen Aufwand. Weitere Prozesssimulationen werden zur Teilchendynamik im Pulver während der Vakuumbeschichtung durchgeführt. Erst durch solche Simulationen kann eine Beschichtung der Teilchen unter der Einwirkung von Gravitation, Dampfdruck und elektrischen Feldern optimiert werden.
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| Bund | 245 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 245 |
| License | Count |
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| offen | 245 |
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| Deutsch | 217 |
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| Keine | 90 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 146 |
| Lebewesen & Lebensräume | 113 |
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| Wasser | 91 |
| Weitere | 245 |