Im Hinblick auf die vielfältigen Anwendungsgebiete kommt der Charakterisierung des thermischen Verhaltens der entwickelten Sol-Gel-Materialien eine besondere Bedeutung zu. Hierfür steht am ZeHS die gekoppelte TG-FTIR-GC/MS-Analytik zur Verfügung, mit der thermische Umwandlungs- und Zersetzungsprozesse bis zu Temperaturen von 1800 °C detailliert untersucht und die entstehenden gasförmigen Spezies analysiert werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen eine gezielte Bewertung der thermischen Stabilität und Zersetzungsmechanismen und liefern damit eine wichtige Grundlage für die Optimierung der Materialien hinsichtlich spezifischer Hochtemperaturanwendungen.

Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Entwicklung nachhaltiger Hybridbeschichtungen für den Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe. Mittels statistischer Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) werden Zusammensetzung, Vernetzungsgrad und Prozessparameter systematisch untersucht, um den Einfluss einzelner Faktoren auf mechanische und elektrochemische Eigenschaften zu quantifizieren. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen eine gezielte Optimierung der Materialformulierungen und liefern gleichzeitig grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für zukünftige Hybridwerkstoffe. Die entwickelten Beschichtungssysteme adressieren insbesondere Anwendungen in thermisch und chemisch hochbelasteten Prozessumgebungen, wie sie in zahlreichen Bereichen auftreten. Durch die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Langzeitstabilität leisten sie einen Beitrag zur Verlängerung von Standzeiten sowie zur nachhaltigen Steigerung der Anlagenverfügbarkeit.

Neben klassischen Korrosionsschutzsystemen werden multifunktionale Hybridbeschichtungen mit zusätzlichen Oberflächeneigenschaften entwickelt. Hierzu zählen insbesondere antibakterielle Sol-Gel-Systeme, bei denen funktionalisierte Alkoxysilanbausteine dauerhaft in die Hybridmatrix integriert werden. Im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen erfolgt die antimikrobielle Wirkung ohne den Einsatz freisetzender Biozide oder metallischer Nanopartikel. Dadurch entstehen nachhaltige Beschichtungssysteme für hygienisch sensible Anwendungen, deren Funktion auf einer gezielten molekularen Gestaltung der Hybridwerkstoffe basiert.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der Entwicklung funktioneller Oberflächen gegen Biofouling und unerwünschte Ablagerungen. Durch die gezielte Einstellung von Oberflächenenergie, Benetzungsverhalten und Grenzflächenchemie werden sowohl foulingresistente als auch foulingfreisetzende Materialkonzepte untersucht. Besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung PFAS-freier Beschichtungssysteme als nachhaltige Alternative zu fluorhaltigen Technologien. Gerade in thermischen Stoffwandlungsprozessen führen Ablagerungen häufig zu einer Verringerung des Wärmeübergangs und damit zu erheblichen Effizienzverlusten. Die entwickelten Oberflächen tragen daher unmittelbar zur Verbesserung der Energieeffizienz thermischer Prozesse bei und adressieren zentrale Fragestellungen des ZeHS.

Zur Erweiterung des Eigenschaftsprofils der Hybridwerkstoffe werden darüber hinaus neue Netzwerkarchitekturen entwickelt und hinsichtlich ihrer Struktur-Eigenschafts-Beziehungen untersucht. Durch die gezielte Integration neuer Siloxanbausteine können Flexibilität, Vernetzungsgrad und mechanische Belastbarkeit gezielt beeinflusst werden. Die Arbeiten liefern wichtige Erkenntnisse für das molekulare Design zukünftiger Hybridwerkstoffe und erweitern die Materialplattform für funktionelle Hochleistungsbeschichtungen.

Die Vielseitigkeit der entwickelten Sol-Gel-Formulierungen spiegelt sich auch in weiteren Anwendungsfeldern wider. So werden bioinspirierte Hybridbeschichtungen für Wärmetauscher getestet, welche die Bildung von Ablagerungen reduzieren und dadurch den Wärmeübergang sowie die Energieeffizienz geothermischer Systeme verbessern können. Da Fouling zu den wesentlichen Ursachen für Effizienzverluste in thermischen Anlagen zählt, leisten diese Arbeiten einen unmittelbaren Beitrag zur Steigerung der Effizienz von Hochtemperatur- und Stoffwandlungsprozessen. Darüber hinaus werden Sol-Gel-Systeme als Matrix zur Immobilisierung funktionalisierter Nanodiamanten auf optischen Fasern entwickelt. Die resultierenden Hybridmaterialien bilden die Grundlage für robuste magnetfeldempfindliche Sensorsysteme, die auch unter anspruchsvollen Prozessbedingungen eingesetzt werden können. Die genannten Beispiele verdeutlichen das breite Anwendungsspektrum der entwickelten Sol-Gel-Materialplattform und ihre Relevanz für Energie-, Sensor- und Hochtemperaturtechnik.

Die zukünftigen Arbeiten am ZeHS werden sich auf die Weiterentwicklung funktioneller Hybridwerkstoffe für energieeffiziente Hochtemperaturprozesse konzentrieren. Im Mittelpunkt sollen dabei u.a. nachhaltige PFAS-freie Beschichtungssysteme mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften sowie neue Materialkonzepte für Anwendungen in der Energie-, Umwelt- und Sensortechnik stehen.