Advanced Fibers

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Die Faser ist eine erstaunlich alte und sehr weit verbreitete Materialform, welche den Menschen vom ersten Tag an begleitet und die Entwicklung der Menschheit seit tausenden Jahren nachhaltig geprägt hat. In der heutigen Zeit spielt die Entwicklung von Fasern mit speziellen Eigenschaften eine wichtige Rolle als Innovationsmotor mit Einfluss in weite Bereiche vom Alltag bis hin zu technischen oder medizinischen Anwendungen. Es ist unser Ziel Forschungserkenntnisse aus der Materialwissenschaft zu nutzen um die Sicherheit und die Nachhaltigkeit von Fasern in unserem Lebensraum zu verbessern.

Neue Fasern braucht das Land

Wir freuen uns über viele Anfragen aus der Industrie betreffend Fasern mit neuen Eigenschaften oder modifizierten Prozessen; gerade im Bereich Nachhaltigkeit. Auch neuartige Fasern, wie zum Beispiel eine Mehrkomponenten-Faser mit flüssigem Kern, welche wir aus eigenem Interesse entwickeln, haben zukunftsweisendes Potential in unterschiedlichen industriellen Anwendungen. Durch unsere enge Zusammenarbeit mit Kollegen anderer Disziplinen kombinieren wir Kompetenzen aus verschiedensten Gebieten in der Material- und Faser Forschung um diesen einzigartigen Mehrwert zu generieren. [movie: Rheocore Fiber and fiber spinning]

Die synthetische Faser von innen her verstehen
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Aufgrund ihrer Wichtigkeit konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Weiterentwicklung synthetischer Fasern. Dieses Forschungsgebiet ist wirtschaftlich relevant, denn rund zwei Drittel des Weltmarktes an Fasern wird heute synthetisch erzeugt. Eine synthetische Faser ist aber deutlich mehr als ein feines Kunststofffilament. Sie wird erst zur „Faser“, wenn im Inneren die molekulare Struktur, bestehend aus kleinen Kristallen und ausgerichteten Molekülen, abgestimmt ist, denn dadurch werden die wertvollen mechanischen Eigenschaften der Faser wie Flexibilität, Zugfestigkeit usw… erzeugt. Wir analysieren diese Struktur von Nanometer bis Mikrometer Skala und können diese auch im kontrollierten Schmelzspinnprozess gezielt verändern. Es ist das Zusammenspiel von Materialeigenschaft und Verarbeitung, welches genau stimmen muss.

Mit der Oberfläche wechselwirken
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Viele relevante Materialeigenschaften werden an der Oberfläche bestimmt. In unserem Lebensraum ist der Oberflächen-Kontakt mit wässriger oder feuchter Umgebung ein bedeutender Aspekt.  Wir analysieren diese Wechselwirkung im Detail und leiten aus dieser Erkenntnis neuartige Strategien ab. Wir modifizieren sowohl die Oberfläche selbst als auch den Bereich von wenigen Nanometern darunter. Dazu verwenden wir Verfahren, die schon bei sehr kleinen Schichtdicken qualitativ hochstehende und stabile Schichtung ermöglichen. Hier forschen wir vom Sub-Nanometer Bereich mit speziell strukturierten Molekülen bis hin zu Schichten von wenigen Mikrometern. Wir erforschen die Eigenschaften dieser dünnen Schichten mit modernster Oberflächenanalytik und setzen diese Erkenntnis mit modernen Beschichtungsprozessen wie z.B. Plasmapolymerisation um.

Wenn die chemische Bindung zählt
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Ein erweitertes Verständnis von chemischen Bindungen ist notwendig um einerseits Moleküle mit neuen Eigenschaften umweltschonend durch „grüne“ Chemie synthetisieren zu können, aber auch um das Verhalten bei Bindungsauflösung am Ende eines Materialzyklus zu beeinflussen. Mit diesem Wissen können wir viele interessante Eigenschaften und Anwendungen wie Korrosionsschutz, Chemikalienbeständigkeit, Flammschutz, biologische Wirkung oder die Materialzersetzung besser verstehen und gezielt beeinflussen. In diesem Bereich forschen wir mit Hilfe modernster analytischer Methoden wie z.B. der Synchrotron Linie am PSI.

Die Möglichkeit Moleküle mit neuen chemischen Strukturen zu synthetisieren hat nicht nur zu mehreren Stoff-Patenten geführt, sondern erzeugt neuartige Anwendungen weit über den Faser Horizont hinaus; welche unseren Industriepartnern die notwendige Sicherheit für eine kommerzielle Umsetzung mit REACH Registrierung geben.

Zusammen mit der Industrie
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Wir finanzieren uns rund zur Hälfte durch angewandte Forschungsprojekte mit der Industrie und kennen hier verschiedene Modelle der Zusammenarbeit, welche von hochstehender Dienstleistung über direkter Auftragsforschung bis hin zu öffentlich geförderter Forschung reicht. Dabei arbeiten wir zusammen mit Partnern auf nationaler oder internationaler Ebene. Ein typisches Ziel der Zusammenarbeit ist es etwas Neues zu entwickeln, welches im Geschäftsfeld des Partners zu einem neuen Produkt oder erweiterten Marktanteilen führt und sich nach Möglichkeit auch patentrechtlich schützen lässt. Ein Zusammenarbeitsvertrag regelt dann die Rechte und Pflichten der Projektpartner im Detail. Bei öffentlich geförderten Projekten behalten wir gerne die Forschungsfreiheit für weitere Entwicklungen der Projektresultate, insbesondere ausserhalb der Geschäftsfelder der Partner. Diese Strategie kann den synergetischen Effekt einer besseren Wirtschaftlichkeit eines Produktes oder Verfahrens durch Zugang zu verschiedenen Anwendungsbereichen nutzbar machen.

Präkompetitive Forschung
Den langfristigen Teil unserer Forschungstätigkeit gestalten wir auch präkompetitiv und unabhängig von Umsetzungspartnern, um vorausscheuend langfristig eine führende Rolle in wissenschaftlichen Themen einzunehmen. Dabei erarbeiten wir die Kompetenzen, welche absehbar (5-10 Jahre) für die Industrie bedeutsam sein werden. In diesem Bereich arbeiten wir vorzugsweise mit dem Schweizerischen Nationalfonds oder speziellen internationalen Förderprogrammen zusammen und wir publizieren wissenschaftliche Arbeiten auf hohem Niveau mit internationaler Anerkennung. Wir beschäftigen auch mehrere Doktoranden, welche an Ihrer Heimuniversität mit diesen Arbeiten promovieren. Hier besteht eine Zusammenarbeit mit verschiedenen Universitäten in Europa und der USA, und im Speziellen mit der ETH. Solche Doktorarbeiten können für selektierte Themen von gemeinsamem Interesse auch von der Industrie gesponsert sein.

Prof. Dr Manfred Heuberger
Head of Advanced Fibers
manfred.heuberger(at)empa.ch
Phone +41 58 765 78 78

 


Video der Abteilung Advanced Fibers

"Spiritualität ist eine Quelle der Inspiration für mich persönlich und im Berufsleben"


News
  • Die Gruppe Plasma & Coating nimmt aktiv an dem gerade gegründeten Netzwerk R2RNet teil:
    https://www.iap.fraunhofer.de/de/Pressemitteilungen/2020/r2r-net.html
    21 europäische Partner aus Industrie, Forschungseinrichtungen und Universitäten bündeln ihre Kompetenzen bei der kontinuierlichen Funktionalisierung von Oberflächen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Unser Knowhow im Bereich der Hochskalierung von Plasmaprozessen wie auch die verfügbaren Pilot-Plasmaanlagen werden dabei zur Ermöglichung des Transfers in die Industrie hochgeschätzt.

  • Wir haben lumineszente schmelzgesponnene Fasern entwickelt, welche die Effizienz von Solarzellen verbessern können. Mit Molekulardynamik-Simulation konnten wir den Einfluss der Farbstoff-Löslichkeit in Polymerschmelzen auf deren optische Eigenschaften ermitteln. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108518

  • Rudolf Hufenus is Gast Editor einer Spezialausgabe von Materials (Impakt Faktor 2.972), mit dem Titel "Novel Synthetic Fibers for Textile Applications". Einreichungen für dieses open access journal sind sehr willkommen (Deadline 31. Dezember 2020).
     
  • Duftende Flüssig-Kern-Fasern
    Wir haben Fasern entwickelt, die den Duft von Rosen oder Gewürznelken verströmen – und zwar dauerhaft. Die Flüssig-Kern-Fasern können zudem mit anderen Wirkstoffen ausgestattet werden.