Hochleistungsmaterialien: Komplexe Strukturen aus Spaghetti

    22. Oktober 2017, 11:00
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    Start-Preis-Trägerin Miriam Unterlass erforscht die sogenannte hydrothermale Polymerisation

    Wien – In Wasseradern tief im Inneren der Erde verwandeln sich – wenn der Druck hoch genug ist – Aluminiumverbindungen zu Saphirkristallen. Miriam Unterlass vom Institut für Materialchemie der TU Wien arbeitet bereits seit einigen Jahren an ähnlichen Verwandlungen. Gemeinsam mit ihrer Forschungsgruppe hat sich die Wissenschafterin diese Art der Mineralentstehung zum Vorbild genommen, um spezielle Kunststoffe zu erzeugen: Hochleistungspolymere, die sich durch ihre besondere Stabilität und Temperaturbeständigkeit auszeichnen und dennoch umweltfreundlich hergestellt werden können. Man benötigt neben den Ausgangsstoffen nur Wasser und die richtigen Druck- und Temperaturparameter. Umweltschädliche Lösungsmittel oder Katalysatorstoffe sind nicht nötig.

    Start-Preis für Materialforschung

    Unterlass hat für ihre Forschung in diesem Jahr den hochdotierten Start-Preis des Wissenschaftsfonds FWF erhalten; Mittel, mit denen die hydrothermale Polymerisation, wie das Verfahren heißt, in den nächsten Jahren weiterentwickelt werden soll.

    Die Materialwissenschafterin und Chemikerin kann bei ihrer "grünen Synthese von Hochleistungswerkstoffen" bereits auf einige Erfolge verweisen. "Mittlerweile können wir eine ganze Reihe von Polymerklassen herstellen. Die Moleküle lassen auf unterschiedliche Arten verknüpfen, und es können etwa auch kleinere Moleküle, die Farbstoffeigenschaften haben, eingebunden werden, gibt die Wissenschafterin ein Beispiel. Dazu kommen sogenannte Hybridmaterialien, bei denen im Herstellungsprozess auf einer Mikroebene Kunststoffe und anorganische Keramiken gleichzeitig entstehen – was die Hitzebeständigkeit weiter verbessert. Die Materialien, die in Unterlass' Reaktoren entstehen, eignen sich besonders für Anwendungen in der Mikroelektronik oder in der Luft- und Raumfahrt.

    Dreidimensionale Strukturen

    Eine Eigenschaft, die durch die hydrothermale Polymerisation erreichbar ist, ist eine hohe Kristallinität der Materialien – ähnlich wie bei den erwähnten Saphiren. Im Rahmen des Start-Projekts soll dieser Aspekt in den Vordergrund rücken. "Bisher konnten wir Kristallinität nur bei Polymerketten erreichen. Nun möchten wir aber Materialien mit einer hohen atomaren Ordnung in zwei oder drei Dimensionen schaffen", sagt Unterlass. Anders erklärt: "Bisher lagen die Polymerketten wie ungekochte Spaghetti in der Packung. Künftig möchten wir daraus komplexe Strukturen bauen."

    Diese Strukturen würden sich dadurch auszeichnen, dass sie sehr leicht, äußerst temperaturbeständig und chemisch stabil sind. Anwendung könnten sie als leistungsfähige Filter finden, um in Industrieanlagen Gase abzutrennen. Sie würden so die Effizienz von Akkus erhöhen oder neuartige Solaranlagen ermöglichen. "Ich möchte Materialien herstellen, die für grüne Energien verwendet werden können", betont Unterlass. Damit die Forschungsergebnisse tatsächlich in die industrielle Praxis gelangen, ist die Wissenschafterin gerade dabei, ein entsprechendes Spin-off-Unternehmen zu gründen.

    Eigene Forschungsgruppe mit 26

    Die wissenschaftliche Karriere zeichnete sich bei der 1986 in Erlangen geborenen Chemikerin, die bereits mit 26 Jahren eine eigene Forschungsgruppe leitete, bereits früh ab. "Ich war schon immer an Physik, Biologie und Chemie interessiert", blickt Unterlass zurück, "hatte aber keine Vorlieben." Die Entscheidung brachte eine administrative Hürde nach ihrer Matura in Frankreich. "In Deutschland gab es Probleme mit der Anerkennung. Den Hochschulzugang bekam ich nur für die in Frankreich belegten Leistungskursfächer", sagt die Start-Preis-Trägerin. "Die Message war also: Ich darf studieren, allerdings nur Chemie oder Mineralogie. Ich dachte: Gut, dann mache ich halt Chemie."

    Unterlass studierte in Würzburg, Southampton und Lyon. Später kamen Materialwissenschaft und Chemieingenieurwesen dazu, was sie befähigt, Reaktoren zu betreiben, und "unfassbar hilfreich für die Forschung" ist. Ihre Doktorarbeit schrieb sie in Berlin, der Postdoc folgte in Paris, bevor sie einer Stellenausschreibung nach Wien folgte. Wie sich das alles ausgeht? "Viele Atempausen habe ich mir nicht gegönnt. Die waren aber auch nicht nötig, denn ich wusste schon immer, was ich will." (Alois Pumhösel, 22. 10. 2017)

    • Chemikerin und Materialwissenschafterin Miriam Unterlass.
      foto: tu wien / karoline wolf

      Chemikerin und Materialwissenschafterin Miriam Unterlass.

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