Die Technische Universität Ilmenau wird die dritte Dimension von Nanostrukturen erschließen, also von Strukturen, die kleiner sind als ein 10.000stel Millimeter. Am Zentrum für Innovationskompetenz im Institut für Mikro- und Nanotechnologien IMN MacroNano® der Universität hat eine neue Nachwuchsforschergruppe unter der Leitung von Prof. Yong Lei am 1. Januar ihre Arbeit aufgenommen. Forschungsziel: Dreidimensionale Nanostrukturen aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.
Die neue Forschergruppe „Dreidimensionale Nanostrukturierung zur Realisierung von Hochleistungs-Nano-Bauelementen“ wird wesentlich dazu beitragen, die im Institut angestrebte Mikro-Nano-Integration zu realisieren, also kleinste Nanobauteile in Mikrosysteme zu integrieren. Mikrosysteme sind im Alltag weit verbreitet – im Auto, in Computern und in zahllosen weiteren Anwendungen des täglichen Lebens. Durch die Nutzung von Eigenschaften von Nanostrukturen können sie mit völlig neuen Funktionalitäten ausgestattet werden, beispielsweise können hoch effiziente grüne Energiespeicher und Leistungsversorger für die eMobilität und Hochleistungsdatenspeicher für Computer und portable elektronische Geräte entwickelt werden. Weitere Anwendungsgebiete sind Lebenswissenschaften, deren Technologien Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen zum Ziel haben, und die Photonik, also die Entwicklung optischer Technologien für die Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen und zur Verbesserung der Energie-Effizienz von Mikrosystemen. Mit der neuen Nachwuchsforschergruppe stärkt das IMN MacroNano® seine Position als eine der führenden Forschungseinrichtungen im Bereich der Mikro-Nano-Integration in Deutschland.
Die 3D-Nanostrukturierung, die in Ilmenau künftig unter Hochdruck betrieben wird, ist ein wichtiger Schritt zur Realisierung von Nanobauelementen der nächsten Generation. Die innovativen Systeme werden höchst leistungsfähig und serien- und industrietauglich sein. Zunächst werden die Forscher vier ausgewählte Nanobauelemente realisieren: Eine monolithische Tandem-Solar-Brennstoffzelle, die effizient Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Diese neue Technologie dient dazu, grüne und erneuerbare Energie herzustellen; einen Super-Kondensator mit hoher Energie- und Leistungsdichte, der als Energiespeichermedium Batterien in spezifischen Anwendungen, wie zum Beispiel Autos, unterstützen oder ersetzen soll; einen hochsensitiven optischen Bio-Detektor, der zur schnellen und sensitiven Detektion von Biomolekülen bei der Erkennung und Überwachung von Krankheiten und zum tieferen Verständnis biologischer Prozesse dienen wird; und ein integriertes organisches nichtflüchtiges Speichermedium, das als Flashspeicher ein vielversprechendes mobiles elektronisches Bauelement für Anwendungen in Computern und tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones und Tablet-PCs darstellt. Die Universität erwartet, dass die neuen Forschungsarbeiten beachtliche Auswirkungen auf dem Gebiet der Nanotechnologie und der Nanobauelemente haben werden und eine Brücke zwischen laborbasierter Nanotechnologie und Anwendungen für die Massenproduktion bilden können.
Die Forschergruppe wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit knapp 2,7 Millionen Euro für fünf Jahre im Rahmen des Programms „Zentren für Innovationskompetenz“ (ZIK) gefördert. Dabei werden an Hochschulen und Forschungseinrichtungen in Ostdeutschland herausragende Forschungsansätze zu Zentren mit einer exzellenten und international wettbewerbsfähigen Forschung für zukunftsträchtige Hochtechnologiemärkte ausgebaut. Um die ambitionierten Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der 3D-Nanostrukturierung zu ermöglichen, wird die Forschergruppe zusätzlich durch das Bundesforschungsministerium mit 690.000 Euro und durch das Land Thüringen mit rund 1,8 Millionen Euro aus Landesmitteln und aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) für die technologische Ausstattung und den Ausbau der Geräteinfrastruktur unterstützt.
Die Forschergruppe wird von dem 41-jährigen Prof. Yong Lei geleitet, einem der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der dreidimensionalen Nanostrukturierung und der funktionalen Nanobauelemente. 2008 wurde er mit dem Nachwuchsförderpreis der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster ausgezeichnet, wo er zuletzt als Juniorprofessor arbeitete. Prof. Lei bringt weitere Projekte mit an die TU Ilmenau, darunter die renommierte Förderung des European Research Councils und ein Projekt der VolkswagenStiftung. Neben seiner Forschungstätigkeit wird er als Fachgebietsleiter und Universitätsprofessor im Institut für Physik der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften Studentinnen und Studenten unterrichten.
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Dreidimensionale Nanostrukturen im Visier der TU Ilmenau (© TU Ilmenau)