BUNSENMAGAZIN - Deutsche Bunsengesellschaft für ...

ASPEKTE
simulation die Wechselwirkung zwischen
den Atomen oder Ionen durch
empirische Potentiale beschrieben
wird. Diese teilchenbasierten Simulationen
können mit Modellen
verschiedener Aufl ösung erfolgen
– die se reichen von atomistischen
(jedes Atom wird im Computer abgebildet)
bis hin zu unterschiedlich
vergröberten Modellen (einige
wenige bis hin zu einigen Dutzend
Atome werden zu so genannten
Superatomen zusammengefasst).
Mit atomistischen Verfahren werden
dann beispielsweise Fragen
zur Diffusion oder allgemein zum
Transport von Teilchen untersucht,
während vergröberte Methoden vor
allem bei weichen Materialien Fragen
der globalen Struktur, Morphologie
oder Rheologie beantworten.
Geht man noch einen Schritt weiter
und fragt nach der Funktionsweise
von Bauteilen, so muss man bei
der Simulation die Welt der konkreten Annahmen über Elektronen
und Atome verlassen. Simulationen erfolgen dann auf
der Basis der klassischen Elektrodynamik oder mechanischen
Kontinuumstheorie und es werden makroskopische Materialeigenschaften
als Parameter eingesetzt. Auf der Bunsentagung
werden eine Reihe von Arbeiten vorgestellt, die diese Simulationstechniken
einsetzen.
2.4. ANWENDUNGEN UND NEUE ENTWICKLUNGEN
Neben den grundlegenden Konzepten und deren Überprüfung
ist die Entwicklung neuer technischer Anwendungen immer
eine starke Triebkraft für die Physikalische Festkörperchemie
gewesen. Dies gilt für alle Arbeitsbereiche, und ist gegenwärtig
besonders sichtbar im Bereich der Materialforschung für
Energietechnologien. Starke Impulse gehen derzeit von einer
ganzen Reihe von Zukunftstechnologien aus: Die Entwicklung
anorganischer, keramischer Membranen für die Umsetzung
von Erdgas zu Synthesegas ist eines dieser Themen, das die
Erforschung der Transporteigenschaften und der Stabilität
von gemischt leitenden Oxiden treibt. Die Entwicklung von organischen
Materialien für den Einsatz in klassischen Halbleitertechnologien
(Speicher, Leuchtdioden, etc.) ist ein weiteres
Thema, das sich rasant entwickelt und sicher noch eine ganze
Reihe von Erfolgen zeigen wird.
Die Entwicklung von neuen Hochleistungsbatterien auf der Basis
von Lithium als Anodenkomponente hat durch die jüngsten
Energieprobleme und den Kampf um die Weiterentwicklung
der Automobilindustrie eine rasante Fahrt angenommen, und
wir können hier sicher von einem Wettlauf um größere Energie-
und Leistungsdichten, um Langzeitstabilität und Sicherheit
sprechen. Zahlreiche deutsche Arbeitsgruppen sind an großen
vernetzten Forschungsprojekten beteiligt, die neue und verbesserte
Materialien zum Ziel haben. Aus physikalisch-chemischer
Sicht drehen sich die besonders spannenden Fragen um Me-
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BUNSEN-MAGAZIN · 11. JAHRGANG · 2/2009
Abb. 8: (links) Organische Leuchtdioden-Arrays auf der Basis organischer Materialien (Bild bereit gestellt von
K. Meerholz, Köln).
thoden zur in situ-Charakterisierung, zur Grenzfl ächenkinetik,
aber auch um die Modellierung der Prozesse bei Be- und Entladung
auf allen Skalen.
Eine Entwicklung, die bisher eher unbemerkt, an der Grenze
zur Informationstechnologie abläuft, betrifft die Arbeit an neuartigen
elektrochemischen bzw. redox-basierten Informationsspeichern.
Ausgehend von japanischen Pionierarbeiten wird
untersucht, ob das Wachstum von nanoskaligen Leitungsfi lamenten
in Ionenleitern oder von lokalisierten Leitungspfaden in
Übergangsmetalloxiden in hochintegrierter Form als Mechanismus
für die Informationsspeicherung verwendet werden kann.
Neben diesen aktuellen Entwicklungen gibt es natürlich kontinuierliche
Fortschritte in der Sensorik, der Brennstoffzelltechnologie
und der Katalyse – aber auch auf vielen anderen
Gebieten. Auch hier wird die Bunsentagung Aufschluss über
jüngste Entwicklungen bieten.
3. FESTKÖRPERREAKTIONEN: VON MAKRO ZU NANO
Reaktionen fester Stoffe sind naturgemäß immer ein zentrales
Thema der Physikalischen Festkörperchemie. In ihnen
wird der Leitgedanke der Chemie – die gewollte oder ungewollte
stoffl iche Veränderung in Folge innerer oder äußerer
Triebkräfte – besonders sichtbar. Während in der Frühphase
der Untersuchungen von Festkörperrektionen bis in die
1970er Jahre die Aufklärung grundlegender Mechanismen
von klassischen Volumenreaktionen mit phänomenologischen
Methoden im Mittelpunkt standen, führte die Nutzung
der Transmissions elektronenmikroskopie dazu, in der
Folgezeit vor allem die mikroskopischen Mechanismen dieser
Reaktionen aufzuklären. Seit den 1990er Jahren spielen
Reaktionen nanoskaliger Systeme einerseits und Prozesse in
komplexen Mehrkomponenten- und Mehrphasensystemen
eine immer wichtigere Rolle – oft mit einer Fokussierung auf
Grenzfl ächenreaktionen [9].