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Digitales Symposium: Nanotechnologie in Göteburg, 11. Mai 2021

Photo: Anna-Lena Lundqvist

Schweden gehört seit Jahren zu den weltweit führenden Ländern in den Bereichen Forschung, Innovation, Technologie und wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. Innerhalb der F&E nimmt das Land eine starke Position in der Nanotechnologie ein. Insbesondere die Stadt Göteborg mit ihren beiden Universitäten spielt in diesem Bereich eine Schlüsselrolle. Zukunftsweisende Aktivitäten dieser beiden Universitäten im Bereich der Nanotechnologie werden im Symposium „Nanotechnology and Innovation from Gothenburg“ vorgestellt, das Prof. Dr. Alexandre Dmitriev von der Universität Göteborg und Prof. Dr. Uta Klement von der Chalmers University of Technology gemeinsam mit NINa SH organisieren. Freuen Sie sich auf anregende Vorträge, interdisziplinäre Diskussionen und initiieren Sie gemeinsame Aktivitäten.

Schweden gehört seit Jahren zu den weltweit führenden Ländern in den Bereichen Forschung, Innovation, Technologie und wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. Innerhalb der F&E nimmt das Land eine starke Position in der Nanotechnologie ein. Insbesondere die Stadt Göteborg mit ihren beiden Universitäten spielt in diesem Bereich eine Schlüsselrolle. Zukunftsweisende Aktivitäten dieser beiden Universitäten im Bereich der Nanotechnologie werden im Symposium „Nanotechnology and Innovation from Gothenburg“ vorgestellt, das Prof. Dr. Alexandre Dmitriev von der Universität Göteborg und Prof. Dr. Uta Klement von der Chalmers University of Technology gemeinsam mit NINa SH organisieren. Freuen Sie sich auf anregende Vorträge, interdisziplinäre Diskussionen und initiieren Sie gemeinsame Aktivitäten.

Die Teilnahme ist kostenlos, eine Anmeldung ist erforderlich.
Wir freuen uns, Sie auf dem Symposium begrüßen zu dürfen!

Programm 11. Mai 2021

(alle Zeiten in CEST)

13.00 - Begrüßung

Professor Faupel lehrt und forscht an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und ist seit 1994 Inhaber des Lehrstuhls für Materialverbunde. Sein Forschungsinteresse gilt unter anderem nanoskaligen funktionalen Verbundmaterialien und Metall-Polymer-Grenzflächen. Professor Faupel betreut und koordiniert NINa bereits seit dem Jahr 2005.

13.05 - Research and innovation in the Gothenburg area

Dr. Fredrik Hörstedt ist Vizepräsident für Verwertung, Industriezusammenarbeit und nachhaltige Entwicklung an der Chalmers University of Technology. Er ist für das Innovationsökosystem von Chalmers verantwortlich und trägt die Gesamtverantwortung für die Schnittstellen von Chalmers mit Unternehmen, RTOs, Behörden und Politik. Er ist Vorstandsmitglied des European Innovation Council und Berater der schwedischen Regierung für Forschung, Innovation und Digitalisierung.

Das Wallenberg Center for Quantum Technology, WACQT, ist eine auf 12 Jahre angelegte, 100-M€-Initiative mit dem Ziel, die schwedische Wissenschaft und Industrie an die Spitze der Quantentechnologie zu bringen und einen schwedischen Quantencomputer zu bauen. Unser ehrgeiziges Ziel bei Chalmers ist es, einen Quantencomputer mit 100 supraleitenden Qubits zu bauen und ihn auf reale Rechenprobleme anzuwenden, die auf einem herkömmlichen Computer nicht effizient gelöst werden können. Solche rechenschwierigen Probleme finden sich z.B. in der Optimierung, der Quantenchemie, der Materialwissenschaft und dem maschinellen Lernen. Der Bau eines Quantencomputers erfordert eine multidisziplinäre Anstrengung, an der Experimental- und theoretische Physiker, Elektro- und Mikrowelleningenieure, Informatiker, Softwareingenieure, Materialwissenschaftler und Nanotechnologieforscher beteiligt sind. Wir entwickeln die supraleitenden Quantenbauelemente, die Steuerschaltungen, die Firmware und die Methoden, die erforderlich sind, um einen vollwertigen Quantencomputer zu bauen. In diesem Vortrag werde ich einen Überblick über unsere Quantencomputerforschung geben und unsere Geräteentwicklung im Reinraum des MC2 Nanotechnology Laboratory bei Chalmers hervorheben.

Jonas Bylander leitet ein Forschungsteam, das sich auf die Entwicklung von Quantencomputern und deren Anwendung auf rechnerische „Anwendungsfälle“ konzentriert – schwierige Probleme, die auf herkömmlichen Computern nicht gelöst werden können. Jonas hat einen Doktortitel in Physik von Chalmers. Nach der Graduiertenschule arbeitete er fünf Jahre lang als Forscher am MIT, bevor er 2013 eine Fakultätsstelle zurück an Chalmers antrat. Derzeit ist er Leiter des Quantum Technology Laboratory und ein Principal Investigator im europäischen Flagship-Programm für Quantentechnologie und im Wallenberg Center for Quantum Technology, WACQT, einer Initiative, die darauf abzielt, die schwedische Wissenschaft und Industrie an die Spitze der Quantentechnologie zu bringen.

Das Soft Matter Lab an der Universität Göteborg konzentriert sich auf die Forschung an der Schnittstelle zwischen Photonik, Gehirnkonnektivität und Deep Learning. In dieser Präsentation werde ich kurz unsere Aktivitäten entlang dieser Forschungsrichtungen aufzeigen, die für eine Industrie-Akademie-Partnerschaft am interessantesten sein können. Dazu gehören: (1) Die Entwicklung von Werkzeugen für die quantitative digitale Mikroskopie, die durch Deep Learning verbessert werden, insbesondere durch die kürzlich erfolgte Einführung der Python-basierten Software-Plattform DeepTrack 2.0. (2) Die Entwicklung von Werkzeugen für die Untersuchung der Konnektivität des Gehirns, insbesondere im Rahmen der Entwicklung von diagnostischen und therapeutischen Werkzeugen für neurodegenerative Erkrankungen, insbesondere mit der bevorstehenden Einführung der Matlab-basierten Softwareplattform Braph 2.0. (3) Die Entwicklung von Werkzeugen, die Photonik und maschinelles Lernen überbrücken. Schließlich werde ich kurz unsere neuen Startup-Unternehmen Lucerio Bio und IFLAI vorstellen.

Giovanni Volpe ist Professor am Fachbereich Physik an der Universität Göteborg, wo er seit 2016 das Soft Matter Lab leitet. Er hat eine Forschungsgruppe von 18 Personen (3 Postdocs, 12 Doktoranden, 3 Masterstudenten, http://www.softmatterlab.org) mit einem extern finanzierten, ehrgeizigen und interdisziplinären Forschungsprogramm aufgebaut, das weiche kondensierte Materie, optische Manipulation, Nanotechnologie und maschinelles Lernen kombiniert. Er hat externe Fördermittel in Höhe von mehr als 6 Mio. € eingeworben, darunter mehrere nationale und europäische Förderungen wie das ERC-StG ComplexSwimmers (2016-2021) und das ERC-CoG MAPEI (2021-2026). Er ist Mitgründer der Startup-Unternehmen Lucerio Bio und IFLAI.

Die In-situ-Elektronenmikroskopie ermöglicht eine ortsspezifische Korrelation zwischen atomarer Struktur und Eigenschaften mit hoher räumlicher Auflösung. Die Auswirkung von elektrischen Feldern, Licht, mechanischer Belastung und Temperatur auf Struktur und Eigenschaften kann quantitativ abgebildet und mittels Spektroskopie untersucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um die Eigenschaften von fortschrittlichen Materialien und Geräten zu optimieren. Die katalytische Aktivität von Metall-Nanopartikeln [1] und die elektrischen Eigenschaften von halbleitenden Nanodrähten [2-4] sind Beispiele, bei denen die dehnungsinduzierten Effekte einen starken Einfluss auf die Eigenschaften und Leistungen haben. Elektrische Felder können die Oberflächenstruktur von Materialien verändern [5] und die thermischen Handhabungsfähigkeiten können durch das Vorhandensein einer einatomigen dünnen Oberflächenschicht verändert werden [6]. Neue Aspekte der Materialeigenschaften und -mechanismen, die aus Messungen auf der Makroebene nicht ersichtlich sind, können durch In-situ-Elektronenmikroskopie aufgedeckt werden. Diese Erkenntnisse sind nicht nur für das Verständnis der beteiligten Mechanismen entscheidend, sondern auch für das Design von Materialien und Geräten mit maßgeschneiderten Eigenschaften.

Eva Olsson ist Professorin für Experimentalphysik an der Chalmers University of Technology und Mitglied der Royal Swedish Academy of Sciences. Ihr Forschungsbereich umfasst fortschrittliche bildgebende und spektroskopische Methoden der hochauflösenden Elektronenmikroskopie zur ortsspezifischen Korrelation zwischen Materialstruktur und Eigenschaften. Von besonderem Interesse ist das grundlegende Verständnis von Transportmechanismen von Ladungen und Materie. Ziel ist es, das Design von neuen Materialien und Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften für die Energie-, Quanten- und Gesundheitstechnologie zu ermöglichen.

Hartdrehen und Schleifen sind Endbearbeitungsverfahren für die Herstellung von feinmechanischen Komponenten. Ein Hauptproblem im Hinblick auf die Betriebsleistung (z. B. bei Lagerlaufbahnen, die hohen Kontaktbelastungen ausgesetzt sind) ist jedoch die Bildung weißer Schichten (WL) auf der Bauteiloberfläche. Weißschichten sind Gefügeveränderungen, die allgemein als nachteilig für die Ermüdungslebensdauer und Verschleißfestigkeit angesehen werden. WLs können aber auch als prozessinduzierte Funktionsflächen betrachtet werden, die zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit führen und Druckeigenspannungen erzeugen, die die Lebensdauer des Bauteils deutlich erhöhen können.

Seyed Hosseini, PhD, arbeitet als Senior Researcher an den Research Institutes of Sweden (RISE AB) auf dem Gebiet der additiven und subtraktiven Fertigungsverfahren. Seyed arbeitet auch als Gastforscher am Department of Industrial and Materials Science. Sein Hauptaugenmerk liegt auf der Frage, wie die Materialien durch die Herstellungsprozesse beeinflusst werden und wie das Material oder die Mikrostruktur möglicherweise optimiert werden können, um die Produktleistung zu verbessern. Durch die Kombination verschiedener Charakterisierungswerkzeuge wie XRD, SEM, TEM und APT mit thermodynamischen und kinetischen Simulationen hat Seyed während seiner Forschung auf dem Gebiet der Metallzerspanung ein phänomenologisches Modell entwickelt, das die mikrostrukturelle Entwicklung im Hartdrehprozess beschreibt. Derzeit arbeitet Seyed an der Übertragung von Forschungsergebnissen im Bereich der Metallzerspanung in den industriellen Nutzen, um eine verbesserte Produktleistung und einen reduzierten CO2-Fußabdruck zu erreichen.

Uta Klement ist Professorin am Institut für Industrie- und Materialwissenschaften. Sie leitet die Abteilung Werkstoffe und Fertigung und ist Leiterin der Forschungsgruppe Oberflächen- und Mikrostrukturcharakterisierung. Sie beschäftigt sich intensiv mit der Materialcharakterisierung und nutzt die Elektronenmikroskopie (SEM, TEM) in Kombination mit allen notwendigen komplementären Techniken, um die Struktur-Eigenschafts-Beziehung von technischen Materialien wie bearbeiteten Oberflächen und galvanisch, thermisch gespritzten und additiv hergestellten Materialien zu untersuchen. Derzeit liegt der Fokus auf der Entwicklung von multifunktionalen Graphen-haltigen technischen Materialien mit dem Ziel, grundlegende Studien mit industriellen Anwendungen zu verbinden.

14.55 - Kaffeepause

Optische Nanoantennen (d. h. Antennen für Licht) funktionieren ähnlich wie die regulären, z. B. Mikrowellenantennen in Mobiltelefonen – sie fangen elektromagnetische Signale ein, bündeln sie und verarbeiten sie weiter. Optische Nanoantennen machen genau das, aber mit regulärem sichtbaren Licht, daher müssen sie im Nanometermaßstab dimensioniert sein. Ich werde zeigen, wie wir dies nutzen, um Licht auf nanometergroße Punkte zu fokussieren, um das magnetische Schreiben in den zukünftigen ultraschnellen und ultradichten magnetischen Festplatten zu steuern, aber auch, wie man sonnenerwärmte transparente Fenster zum Energiesparen in Gebäuden schafft oder wie man verschiedene Materialien mit Nanotechnologie des Lichts intelligent kennzeichnet, um ihr Recycling für eine grünere Welt zu verbessern.

Alexandre Dmitriev promovierte 2000-2003 in Physik über niedrigdimensionale supramolekulare Systeme mit metall-organischer Koordination am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Stuttgart, Deutschland) und an der EPFL (Lausanne, Schweiz). Ab Mitte 2004 wirkte er an der Chalmers University of Technology (Göteborg, Schweden), zunächst als EU Marie Curie Fellow, später als Swedish Research Council Assistant Professor. Derzeit ist er an der Universität Göteborg tätig als Full Professor. Gastprofessor in Stanford (USA) in 2016-2017 und 2018. Inhaber der Auszeichnungen „Swedish Foundation for Strategic Research Future Research Leader“ und „Strategic Research Expedition“ (2010, 2019). Vorsitzender (2010-2012) eines der ehemals größten europäischen Forschungsnetzwerke im Bereich Plasmonik (COST Plasmonics), Fellow der Mobility for Regional Excellence der Region Västra Götaland, Erskine Visiting Fellow an der University of Canterbury (Neuseeland). Forschungs- und Innovationsschwerpunkte sind Physik und Chemie von Licht-Materie-Wechselwirkungen auf der Nanoskala.

Das Kompetenzzentrum „2D-materialbasierte Technologie für industrielle Anwendungen“ (2D-TECH) ist ein gemeinsames Forschungs- und Innovationszentrum der Chalmers University of Technology und industrieller Partner, das im Jahr 2020 gegründet wurde und Teil des Kompetenzzentrumsprogramms der schwedischen Regierungsagentur für Innovationssysteme (VINNOVA) ist. Die Mission von 2D-TECH ist es, ein international wettbewerbsfähiges schwedisches Zentrum für exzellente Forschung und industrielle Nutzung von 2D-Materialien zu etablieren. Unsere Forschungsagenda besteht aus 15 Projekten, die in vier Forschungs- und Innovationsbereichen organisiert sind: 1) Multifunktionale Verbundwerkstoffe, 2) Nachhaltige Energie, 3) Elektronik und 4) Aufstrebende Materialien. In diesem Vortrag werde ich die Forschungshighlights des ersten Betriebsjahres sowie die Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern unseres Zentrums beschreiben.

Samuel Lara-Avila ist Associate Research Professor am Quantum Device Physics Laboratory, Chalmers University of Technology. Er ist spezialisiert auf die Entwicklung, Herstellung und Untersuchung der Elektronentransporteigenschaften von niedrigdimensionalen Systemen sowie deren Einsatz in der praktischen Elektronik. Seine Arbeit wurde mit dem 2014 International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) Young Scientist Prize in Fundamental Metrology ausgezeichnet, in Anerkennung des „herausragenden Beitrags zum Verständnis des quantenelektrischen Transports in epitaxialem Graphen, der zur Entwicklung eines neuartigen Quanten-Hall-Widerstandsstandards führte“. Seine aktuellen Arbeiten umfassen die Wechselwirkung zwischen Terahertz-Strahlung und Ladungsträgern in Graphen sowie die Entwicklung neuer 2D-Materialien. Er ist Vorstandsmitglied der Schwedischen Physikalischen Gesellschaft für kondensierte Materie und Nanophysik, Visiting Scientist am National Physical Laboratory (UK) und Vorstandsmitglied bei Graphensic AB. Seit 2021 ist er auch Direktor des Vinnova-Kompetenzzentrums 2D-TECH und des Graphene Center an der Chalmers.

Die Verwendung von synthetischen Materialien zum Ersatz von verletzten oder verlorenen Körperteilen, d. h. Implantate, ist heute bei chirurgischen Eingriffen üblich. Eine alternde Bevölkerung und aktuelle Lebensstiltrends mit weniger körperlicher Aktivität haben dazu geführt, dass implantatbasierte Operationen bei Patienten in einem früheren Alter durchgeführt werden und die Implantate über einen längeren Zeitraum halten müssen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Biomaterialien zur Herstellung von Implantaten mit verbesserten Integrationseigenschaften. Implantate mit verbesserter Integration können jedoch auch anfällig für eine bakterielle Besiedlung sein, was dazu führt, dass sie ein höheres Risiko für eine Biomaterial-assoziierte Infektion aufweisen, was zu einem Status quo oder sogar einem schlechteren Ergebnis über die Lebensdauer des Implantats führen kann. Folglich ist es wichtig, Materialien zu entwickeln, die selektiv die Interaktion mit menschlichen Zellen bevorzugen und gleichzeitig die Anhaftung von Bakterien vermeiden können.

In diesem Vortrag werden neuartige Konzepte für die Entwicklung von Medizinprodukten vorgestellt, die auf biomimetischen Ansätzen basieren. Insbesondere wird die Verwendung von synthetischen Knochenmaterialien für eine verbesserte Knochenintegration1 und die Verwendung von antimikrobiellen Peptiden zur Verhinderung bakterieller Infektionen2 gezeigt und diskutiert. Der Vortrag behandelt die Verfahren zur Materialbildung, die klinische Leistungsfähigkeit und die Umsetzung in die Klinik. Letzteres ist ein Ergebnis aus der Gründung von Start-up-Unternehmen.

Martin Andersson ist Professor und stellvertretender Leiter der Abteilung für Chemie und Chemieingenieurwesen an der Chalmers University of Technology. Seine Forschungsinteressen liegen in den Bereichen Materialwissenschaft und Oberflächenchemie mit Schwerpunkt auf der Bildung von Nanomaterialien für biologische Anwendungen. für biologische Anwendungen. Neben der Forschung interessiert sich Martin für das Unternehmertum und ist Mitbegründer von Promimic AB, Amferia AB, Aquammodate AB und Vitroprobe Analytics AB.

Das Kompetenzzentrum für additive Fertigung – Metalle (CAM2) beinhaltet eine Kooperation zwischen der akademischen Welt und der schwedischen Industrie mit besonderem Fokus auf die Entwicklung von Pulver, Materialien und Verfahren für die pulverbasierte additive Fertigung. Ein wichtiger Ansatzpunkt ist daher die Entwicklung neuartiger Werkstoffe für das Laser-Pulverbettschmelzen, wobei das Materialdesign auf die einzigartigen, für den eigentlichen Prozess charakteristischen schnellen Erstarrungsbedingungen zugeschnitten ist. Dies beinhaltet einen aufwendigen nanotechnischen Ansatz zur Einstellung der Mikrostruktur und der Eigenschaften der hergestellten Teile. Der Ansatz beinhaltet die Kombination von Theorie und Modellierung, experimenteller Entwicklung und fortschrittlicher Mikrostrukturcharakterisierung sowie Leistungsbewertung. Die Entwicklung der additiven Fertigung ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass es kaum noch eine Herausforderung ist, ein vollständig dichtes Material im Ist-Zustand zu erhalten, während gleichzeitig ein großes Interesse an weiterem Tuning besteht, um neue Materialien mit einzigartiger Leistung zu erforschen. Die Kooperation zwischen Chalmers und Höganäs ist ein wichtiges und praktikables Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Hochschulen in diesem Zusammenhang. Wir werden einige Beispiele vorstellen, die zeigen, wie Nanotechnologie-Lösungen zur maßgeschneiderten Entwicklung von Mikrostrukturen in der additiven Fertigung eingesetzt werden können.

Professor Lars Nyborg leads a research group on Powder Metallurgy and Additive Manufacturing and focuses current research on materials development in additive manufacturing (AM) and sintering of powder-based materials. The former research line is connected to the research area novel AM material within the competence centre for additive manufacturing – metals (CAM2). One approach is the nanotech design of powder chemistry and addition of nanoscale particles tune the as-fabricated microstructures in laser powder bed fusion. Another approach is the application of nanoparticles as sintering aid in ferrous powder sintering. The research is run in close co-operation with industry, national co-operation via a framework grant from Foundation for Swedish Foundation for Strategic Research and international co-operation with for example Polytech Torino, Polytech Milano and CSEM within EU-projects.

Adjunct Professor Karin Frisk konzentriert ihre aktuelle Forschung auf die Entwicklung von Pulverwerkstoffen für additive Fertigungs- und Oberflächenbeschichtungsanwendungen, innerhalb von CAM2 und bei Höganäs AB. Computergestütztes Legierungsdesign auf Basis von Mikrostrukturvorhersagen mit dem Ziel, neue Legierungszusammensetzungen bereitzustellen, die für eine schnelle Erstarrung von Bedeutung für diese Anwendungen sind. Die Modellierung wird angewandt, um die Geschwindigkeit der Entwicklung neuer Pulverlegierungszusammensetzungen zu erhöhen und unser Verständnis für die Kopplung von Mikrostruktur und Eigenschaften zu verbessern.

16.55 - Wrap up und Verabschiedung

Die Teilnahme ist kostenlos, eine Anmeldung ist erforderlich.

Kontakt

Dr. Christian Ohrt, NINa SH
Telefon: +49 431 880-6245
E-Mail: ohrt@nina-sh.de

Organisatoren

Alexandre Dmitriev promovierte 2000-2003 in Physik über niedrigdimensionale supramolekulare Systeme mit metall-organischer Koordination am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Stuttgart, Deutschland) und an der EPFL (Lausanne, Schweiz). Ab Mitte 2004 wirkte er an der Chalmers University of Technology (Göteborg, Schweden), zunächst als EU Marie Curie Fellow, später als Swedish Research Council Assistant Professor. Derzeit ist er an der Universität Göteborg tätig als Full Professor. Gastprofessor in Stanford (USA) in 2016-2017 und 2018. Inhaber der Auszeichnungen „Swedish Foundation for Strategic Research Future Research Leader“ und „Strategic Research Expedition“ (2010, 2019). Vorsitzender (2010-2012) eines der ehemals größten europäischen Forschungsnetzwerke im Bereich Plasmonik (COST Plasmonics), Fellow der Mobility for Regional Excellence der Region Västra Götaland, Erskine Visiting Fellow an der University of Canterbury (Neuseeland). Forschungs- und Innovationsschwerpunkte sind Physik und Chemie von Licht-Materie-Wechselwirkungen auf der Nanoskala.

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Dr. Christian Ohrt verantwortet die hauptamtliche Geschäftsführung der NINa SH seit Juli 2015. Er ist promovierter Materialwissenschaftler und arbeitet bereits seit dem Jahre 2012 für NINa.

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