Oberflächendesign und -eigenschaften
Für eine nachhaltige Materialentwicklung von Hochleistungskomponenten und deren Überführung in die Industrie ist es erforderlich, die Anwendungsgrenzen von Materialien über neuartige Oberflächen und oberflächenbezogene Bereiche, wie Grenzschichten und Randzonen, zu erweitern. Die bestehende wissenschaftliche Erfahrung mit Plasmaprozessen am Institut, einschließlich der vorhandenen Plasmaanlagen, sowie die wissenschaftliche Expertise zu Oberflächendesign, Oberflächenwechselwirkungen mit der Umgebung, Korrosion und Korrosionsschutzkonzepten, ermöglichen zahlreiche neue Ansätze der Forschung unter Weltraumbedingungen für eine nachhaltige Zukunft auf der Erde und im Weltraum.
Die folgenden Forschungsbereiche stehen im Fokus des Forschungsteams und schließen die Lücke zwischen Grundlagenwissenschaft und industrieller Anwendung: Entwicklung von Plasmaoberflächentechnologie, Oberflächenmodifikationen und Entwicklung von Diagnose- und Analysemethoden. Plasmaprozesse zur Schaffung neuer Oberflächen und Materialien werden unter Labor- und Mikrogravitationsbedingungen (um die Konvektion im Prozessgas zu unterdrücken) untersucht, um ein neues Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Plasma und damit eine bessere Kontrolle der Oberflächenprozesse zu ermöglichen, z.B. um fortschrittliche Oberflächenmodifikationen oder nachhaltige Reduktionsprozesse vom Erz zum Metall zu erreichen.
Das Verständnis von Oberflächenwechselwirkungen fortgeschrittener Materialien unter Labor- und Mikrogravitationsbedingungen dient weiterhin als Voraussetzung, um Oberflächen- und Materialmodifikationen mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen, z. B. für Materialien in den Bereichen Energie, Raumfahrt und Luftfahrt, unter Berücksichtigung von Chemie, Mikrostruktur und Verarbeitung von Oberflächen und Materialien. Dafür sind wissenschaftliche und infrastrukturelle Voraussetzungen vorhanden, um neu entwickelte Oberflächen und Materialien sowie deren Wechselwirkungen mit verschiedenen Umgebungen zu untersuchen, z. B. anhand des elektrochemischen Mechanismus für Energiematerialien, additiv hergestellter Materialien unter Mikrogravitationsbedingungen oder mikrobiell induzierter Korrosion unter 1g und 0g Bedingungen.
Darüber hinaus werden Modellsysteme der klassischen kondensierten Materie, z. B. Janus-Teilchen als aktive Materie und Quantenpunkte als Ladungssensoren genutzt, um z. B. Sensorsysteme zu entwickeln.