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 fortschrittlicher Fasern wieder zunehmend eine Rolle als Innovationsmotor in weiten Bereichen von technischen bis medizinischen Anwendungen. Es ist unser Ziel Forschungserkenntnisse zu nutzen um die Sicherheit und Nachhaltigkeit von Fasern in unserem Lebensraum deutlich zu verbessern.

Neue Fasern braucht das Land

Neue Fasern, wie zum Beispiel unsere neue Flüssig-Kern Faser, haben zukunftsweisendes Potential für Anwendungen in Bereichen wie Komposite Materialien, funktionale Textilien oder medizinische Anwendungen. Durch unsere Einbettung im Departement „Materials meet Life“ ergänzen uns die biologischen und physiologischen Kompetenzen unserer Kollegen um dadurch in der Material- und Faser Forschung einen einzigartigen Mehrwert zu generieren.

Die synthetische Faser von innen her verstehen
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Zur Erreichung unseres Zieles konzentrieren wir uns auf die Weiterentwicklung mehrheitlich 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.

Mit der Oberfläche wechselwirken
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Viele relevante Materialeigenschaften werden durch die 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. Verändert man allerdings die Oberfläche ist es für die spätere Umsetzung ausschlaggebend, dass die mechanischen Eigenschaften einer Faser nicht verändert werden. Deshalb verwenden wir Verfahren, die schon bei sehr kleinen Schichtdicken qualitativ hochstehende und stabile Funktionen 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, Reaktiv-Processing oder Materialzersetzung besser verstehen und gezielt beeinflussen. In diesem Bereich forschen wir mit modernsten analytischen Methoden wie z.B. der Synchrotron Linie am PSI.

Die Möglichkeit eigene Moleküle zu synthetisieren hat schon zu mehreren Stoff-Patenten geführt, 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 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 in der Regel die Forschungsfreiheit für weitere Entwicklungen der Projektresultate auch ausserhalb der Geschäftsfelder der Partner. Dies kann den synergetischen Effekt einer besseren Wirtschaftlichkeit eines Produktes oder Verfahrens erzeugen.

Präkompetitive Forschung
Den langfristigen Teil unserer Forschungstätigkeit geschieht auch ohne finanzielle Beteiligung von Industriepartnern 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 in Themen von gemeinsamem Interesse auch von der Industrie gesponsert sein.

Video der Abteilung Advanced Fibers

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


News

 

  • In unserem kürzlich erschienenen Artikel in der Zeitschrift „scientific reports“  konnten wir die Hypothese bestätigen, dass Wassermoleküle in einer graduierten Polymermatrix sich tatsächlich so ausrichten, dass bis mehrere Nanometer Abstand ein signifikantes Dipolfeld wirksam wird.
     

  • Neuer Flammhemmer vor Markteintritt https://www.empa.ch/web/s604/eda-dopo-flame-retardant
     

  • Posterpreis Yan Yurong an der Fiber Society Spring 2017 Conference https://www.empa.ch/documents/56164/983781/Posterprize+Yurong/649b752d-cb29-4d09-b3f4-ad27ec387efe

  • Techtextil 2017:
    Mit grossem Interesse haben die Besucher kürzlich an der TechTextil 2017 Messe in Frankfurt auf unsere neu entwickelte Flüssig-Kern Faser reagiert.

    Wir haben diese Neuheit sowohl am wissenschaftlichen Symposium als auch am Empa-Stand in der Halle 3.1 mittels eines Demonstrators vorgestellt.

    Beim Demonstrator wird ein dynamischer Farbwechsel durch Pumpen einer fluoreszierenden Flüssigkeit im Kern der Fasern erzeugt. In Zukunft werden solche Fasern eingesetzt um in Kompositen eine mechanische Dämpfung zu erzielen.