Spitzentechnologiecluster ADDE zieht Bilanz

Dr. Mühl und Prof. David Rafaja an einem Transmissionselektronenmikroskop, das a
Sechs Jahre lang forschten Wissenschaftler an neuen Materialien u.a. für Photovoltaik und Mikroelektronik – ein Resümee.

Das Spitzentechnologiecluster „Funktionales Strukturdesign neuer Hochleistungswerkstoffe durch Atomares Design und Defekt-Engineering“ (ADDE) ging als einer der Sieger aus der Sächsischen Landesexzellenzinitiative hervor und ist seit 2009 an der TU Bergakademie Freiberg etabliert. ADDE wurde bis Ende 2014 mit 20 Millionen Euro aus den Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen finanziert und kann nun auf eine sehr erfolgreiche Tätigkeit zurückblicken.

Die Anforderungen an Materialien und Werkstoffe mit optimalen Eigenschaften für die jeweilige Anwendung wachsen ständig, Produkte der Zukunft benötigen Hochleistungswerkstoffe mit hoher Funktionalität und Effizienz. Motiviert durch die Bedürfnisse der sächsischen Industrie forschten deshalb die Wissenschaftler von ADDE an Materialien für Photovoltaik und Mikroelektronik, an neuen ultraharten hochtemperaturbeständigen Werkstoffen für die Herstellung von Werkzeugen und für den Einsatz bei extremen Bedingungen, an der Verbesserung der Festigkeit und Duktilität von Leichtmetallen für den Maschinen- und Fahrzeugbau sowie an hochtemperaturkorrosionsfesten Werkstoffen für die Energie- und Wärmetechnik. Anwendung finden diese Werkstoffe beispielsweise im Maschinenbau, um Schneid- und Zerspanungswerkzeuge mit einer extrem harten, dünnen Schutzschicht versehen zu können oder zur Vermeidung von Korrosion unter Dampf und hohen Temperaturen bei Turbinen- und Kraftwerksanlagen.

Der gemeinsame wissenschaftliche Ansatz war dabei, die gewünschten Eigenschaften von Materialien und Werkstoffen durch eine gezielte und technologisch umsetzbare Gestaltung der atomaren Struktur und Mikrostruktur zu erreichen. Eine besondere Rolle spielten dabei Kristallstrukturdefekte und Mikrostrukturmerkmale auf der Nanometerskala. Sie wurden in diesem Ansatz nicht wie üblich als Materialfehler betrachtet, sondern als ein sehr effizientes Werkzeug genutzt, um dem Werkstoff bereits im Herstellungsprozess die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. So wurden z.B. unerwünschte Mikrostrukturdefekte in elektronischen Materialien gebündelt, um große defektfreie Kristalle zu züchten, Kristallbaufehler in funktionale Nanokomposite eingebaut, um Materialien mit deutlich verbesserten oder sogar neuen Eigenschaften herzustellen oder durch Zugabe von Legierungselementen Phasenumwandlungen ermöglicht, um Konstruktionswerkstoffe auf der Basis von Leichtmetallen bei erhöhten Temperaturen gut umformbar und bei Raumtemperatur mechanisch stabil zu machen.

Diese anspruchsvolle Aufgabe konnte nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit gelöst werden. So forschten im Spitzentechnologiecluster insgesamt 103 Mitarbeiter (im Schnitt waren es 65) in 18 eigenständigen Projekten unter der Leitung von 25 Professoren und Wissenschaftlern. Es waren vier Fakultäten der TU Bergakademie Freiberg mit 15 Instituten, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden sowie nationale und internationale Kooperationspartner in das Forschungsvorhaben eingebunden.

Die Arbeit in den einzelnen Projekten wurde durch vier Methodische Kompetenzzentren für Elektronikmaterialien, Material- und Bauteilsimulation, Synthese und Materialcharakterisierung unterstützt. Ebenso arbeiteten die Projekte eng mit der im Rahmen von ADDE etablierten Juniorprofessur „Multiskalenmodellierung des Materialverhaltens“ zusammen. Diese Juniorprofessur ist auch Träger des neu gegründeten englischsprachigen Studienganges „Computational Materials Science“.

Die Fördergelder wurden hauptsächlich in den wissenschaftlichen Nachwuchs und in die Anschaffung moderner Geräte investiert. Im ADDE-Cluster wurden 40 Promotionsverfahren eröffnet, wovon die Hälfte inzwischen abgeschlossen ist und vier Habilitationsverfahren mit einer abgeschlossenen Habilitation. Während der Laufzeit von ADDE entstanden 7 Patente, 112 referierte Publikationen und 241 nicht referierte Veröffentlichungen, und es wurden über die Nachfolgeprojekte insgesamt 8,6 Millionen Euro an Drittmitteln eingeworben.

Aufbauend auf diesen hervorragenden Ergebnissen von ADDE sind weitere gemeinsame Projekte mit der TU Chemnitz und der TU Dresden im Bereich der Werkstoffforschung geplant.

 

Dr. Uta Rensch