Ein bisschen wie Graphen, aber dann doch ganz anders: MXene sind eine Gruppe von 2D-Materialien, die in Zukunft vielfältige Anwendungen in der Medizin, als Energiespeicher und Katalysatoren ermöglichen könnten. Hergestellt werden sie aus nanolaminierten keramischen Kristallen, sogenannten MAX-Phasen. Dabei steht das M für ein Übergangsmetall, das X für Kohlenstoff oder Stickstoff und das A für ein zusätzliches Element, das metallisch oder nicht-metallisch sein kann. Die M-, A- und X-Schichten liegen im Kristall übereinander, ein bisschen wie die Lagen einer Lasagne. Ätzen Forschende die A-Schicht gezielt weg, wie auf diesem Bild geschehen, entstehen aus der MAX-Phase äusserst dünne MX-Schichten – die MXene. Ein interdisziplinäres Team aus Forschenden der Empa-Labore für Hochleistungskeramik, Funktionspolymere, «nanotech@surfaces» sowie «Building Energy Materials and Components» will diese erst seit 2011 bekannte Materialklasse nun in einem neu gestarteten zweijährigen Forschungsprojekt genauer unter die Lupe nehmen.
Mehr Informationen: 
Laboratory for High Performance Ceramics
Laboratory for Functional Polymers
«nanotech@surfaces» Laboratory
Laboratory for Building Energy Materials and Components

Der Weihnachtsbaum auf diesem Bild benötigt keine Kerzen. Er leuchtet ganz von selbst grün – dank Biolumineszenz. Empa-Forscher Francis Schwarze hat ein Verfahren für lumineszierendes Holz entwickelt, indem er Holzwürfel mit Pilzen behandelt. Die Pilzfäden eines Weissfäule-Erregers durchdringen das Holz und ernähren sich von Holzbestandteilen, wobei sie den lichterzeugenden Naturstoff Luciferin produzieren. Ähnlich wie bei Glühwürmchen sendet das funktionalisierte Holz so dank der lebenden Pilzfäden ein grünliches Licht aus. Am Fuss des Baums türmt sich zudem leuchtender «Schnee». Hier wachsen die Pilze auf Zellulose-Fibrillen aus Holzresten. Wenn also im Pilzlabor abends das Licht ausgeht, erstrahlt der weihnachtliche Biolumineszenz-Tannenbaum in seiner ganzen Pracht. Bild: Empa

Mehr Informationen: Empa - Cellulose & Wood Materials - Research Topics

Kristalldefekte können die Eigenschaften von funktionalen Materialien wie «Ferroelektrika» drastisch verändern. Diese Stoffe weisen eine Polarität auf – vergleichbar mit Magneten mit einem Nord- und einem Südpol, die jedoch nicht durch das Anlegen eines magnetischen, sondern eines elektrischen Feldes umgekehrt werden können. Diese Eigenschaft macht Ferroelektrika für den Einsatz in Datenspeichern geeignet, zum Beispiel in Computern. Um sie für technologische Anwendungen zu optimieren, ist jedoch ein gründliches Verständnis und eine genaue Kontrolle möglicher Defekte erforderlich. Forscher des Zentrums für Elektronenmikroskopie an der Empa verwenden modernste Bildanalysemethoden auf der Grundlage der Rastertransmissionselektronenmikroskopie, um solche «Fehlstellen» in Kristallen auf atomarer Ebene zu untersuchen. In diesem Bild mit atomarer Auflösung zeigt ein ultradünner ferroelektrischer Film (Schicht aus gelblichen Punkten) eine auffällige Anordnung von Teilchen am oberen Rand. Diese Atom-«Säulen», die in Paaren übereinander angeordnet sind, können die ferroelektrische Eigenschaft des Dünnfilms negativ beeinflussen.

Mehr Informationen: /web/s299

Videospiel-Hardware im Dienste der Wissenschaft: Auf diesen Grafikprozessoren werden neuronale Netze für die schnelle Klassifizierung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen trainiert. Empa-Forschende vermessen grosse Mengen von Röhrchen mittels Raman-Spektroskopie und das neuronale Netzwerk wertet die Spektren aus – eine Methode, die eine deutlich schnellere Aufnahme der Raman-Spektren ermöglicht. Dies vereinfacht die künftige Anwendung der Nanoröhrchen. Das gemeinsame Projekt der Empa, ETH Zürich und EPFL unter der Leitung des Empa-Labors «Transport at Nanoscale Interfaces» ist Teil des Strategischen Fokusbereichs «Advanced Manufacturing» des ETH-Bereichs.

Mehr informationen: www.empa.ch/web/s405/high-speed-raman-imaging

Bei dieser Wohngemeinschaft wird Hygiene kleingeschrieben: Die Bakterien im dieser Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme haben sich zu einer munteren Gesellschaft an einer Zahnwurzel (beige) zusammengefunden. Die Stäbchenbakterien (grün) und Kokken (gelb) überziehen die Zahnwurzel und deren Öffnungen für die Blutversorgung. Dieser Biofilm setzt sich mit Hilfe einer Zucker-haltigen Matrix hartnäckig an den Zähnen fest. Je nach der Zusammensetzung der Mikrobengesellschaft verursacht der Biofilm Karies und Entzündungen an der Zahnwurzel. Empa-Forschende ergründen die Mechanismen dieser erfolgreichen Lebensgemeinschaften und entwickeln biomedizinische Materialien, um den Krankheitserregern Einhalt zu gebieten. Bild: nachkoloriert, Flavia Zuber, Empa

Mehr Informationen: www.empa.ch/web/s404

Kristallstrukturen kann man nicht nur aus Atomen und Ionen erschaffen, sondern auch mit Bausteinen, die 100-mal grösser sind und untereinander kaum Anziehungskraft besitzen. Supergitter (engl. superlattices) werden diese Strukturen genannt. In dieser Elektronenmikroskopieaufnahme sieht man, wie das funktioniert: Die einzelnen Bausteine werden im Lösungsmittel Toluol und einem Tensid gelöst. So bilden sich kleine Tröpfchen. Langsam dampft das Toluol ab, die Tröpfchen werden kleiner, bis die Bausteine eng zusammenrücken müssen. Um Platz zu sparen, bilden sie Kristallstrukturen. Die Forscher der Gruppe Funktionelle Anorganische Materialien experimentieren bereits mit Supergittern, für die es keine natürlichen Vorbilder gibt: Neben Würfeln und Kugeln verwenden sie Bausteine in Form von Scheiben oder flachen Pillen. Bild: Empa

Weitere Informationen unter: www.empa.ch/web/s604/nc-self-assembly

Im August 2022 gelang es der Firma Synhelion, einem spin-off der ETH Zürich, als erstem Unternehmen weltweit, im industriellen Massstab Synthesegas ausschliesslich mit Solarwärme als Energiequelle herzustellen. Der erfolgreiche Versuch fand auf dem Multifokus-Solarturm des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Jülich statt. Synhelions einzigartige Technologie nutzt Hochtemperatur- Solarwärme für die Herstellung von Synthesegas, woraus anschliessend in industriellen Standardprozessen flüssiger Treibstoff, wie Kerosin, Benzin oder Diesel synthetisiert wird, der mit herkömmlichen Flugzeugtriebwerken und Verbrennungsmotoren kompatibel ist. Damit die chemischen Reaktoren für die Herstellung von synthetischen Treibstoffen rund um die Uhr betrieben werden können, wird ein kosteneffizienter Hochtemperatur-Wärmespeicher benötigt, der in Zusammenarbeit mit Forschungsabteilung «Hochleistungskeramik» an der Empa entwickelt wird.

Mehr Informationen: www.empa.ch/web/s604/synhelion-energiespeicher

Der Körper ist das Haus der Seele, so hat es der Philosoph Philon von Alexandria bereits vor rund 2000 Jahren formuliert. In diesem Haus ist die sogenannte Cochlea, die Schnecke, unser Haustier. Das feine knöcherne Gebilde im Innenohr beherbergt den Gehörsinn. Empa Forschende vom «Zentrum für Röntgenanalytik» in Dübendorf haben gemeinsam mit der Gruppe für «Image Guided Therapy» am «Artog Center» in Bern die Hörschnecken von gesunden Probandinnen und Probanden mittels Mikro-Computertomographie untersucht. Ziel des bildgebenden Verfahrens ist es, die Mikroanatomie der Cochlea exakt zu ermitteln, um chirurgische Interventionen beim Einsatz von Hörprothesen zu optimieren. Ist das Gehör beeinträchtigt, der Hörnerv aber noch intakt, kann ein Cochlea-Implantat helfen. Das Einsetzen der winzigen Implantate ist jedoch riskant. Computertomographien können hier hilfreiche Einblicke gewähren.

Mehr Informationen : www.empa.ch/web/s499

Bild : Empa / 

Die in New York und Istanbul lebende Künstlerin Sonia Li hat im Zentrum ihrer begehbaren Installation «Buddhaverse» einen künstlichen Blumengarten geschaffen, in dem auch zwei Empa-Technologien aus dem «Advanced Fibers»-Labor integriert sind: Ein Kunstrasen aus Bikomponenten-Fasern mit Polyamidkern und eine rezyklierte Polymerfolie, die in der Empa-Plasmabeschichtungsanlage mit einer leitfähigen Nano-Metallschicht überzogen wurde. Mittels Laser wurden florale Motive aus der Folie geschnitten, die im UV-Licht der Installation kunterbunt schillern. Die Leitfähigkeit der Nano-Beschichtung soll bei einer Weiterentwicklung des Werks dazu dienen, einen Raum mit interaktiven multi-sensorischen Erfahrungen zu erschaffen, so die Künstlerin. Sonia Li wurde in der vergangenen Förderperiode von der « TADA Textile and Design Alliance» unterstützt. Die temporäre Installation diente als Abschluss ihrer Residency. TaDA fördert interdisziplinäre Arbeiten von Kunstschaffenden aus aller Welt, die Gegenwartskunst mit textiler Innovation und Tradition in der Ostschweiz verbinden.

Bild: Ladina Bischof / TaDA (https://tada-residency.ch)

Mehr Informationen : www.empa.ch/web/s402/nanocoatings
www.sonialidesigns.com/

Marmorholz ist ein begehrter Werkstoff in der gehobenen Möbelbranche. In einem neu entwickelten Verfahren ist es Empa-Forschenden rund um Francis Schwarze gelungen, die Besiedlung von Pilzen in einheimischen Holzarten zu kontrollieren. So entstand beispielsweise eine Uhr mit einem Durchmesser von einem Meter, hergestellt aus marmoriertem Eschen-, Buchen- und Ahornholz unter Verwendung des Moderfäulepilzes Kretzschmaria deusta. Sogar Wörter wurden im Holz hervorgebracht: Wie Erstklässlerinnen und Erstklässler ist auch der Pilz noch etwas wackelig beim Schreiben bestimmter Buchstaben. Bild: Empa

Mehr Informationen zum Thema finden Sie hier: www.empa.ch/web/s302/bio-wood