Forschungsschwerpunkt Functional Materials Science (FSP FunMat)
Im Forschungsschwerpunkt Functional Materials Science kooperieren Arbeitsgruppen von vier Fakultäten (Chemie und Pharmazie; Geo- und Atmosphärenwissenschaften; Mathematik, Informatik und Physik; Technische Wissenschaften), um die Synergien zwischen Physik, Chemie, Geowissenschaften, pharmazeutischer Technologie und Bauingenieurwesen voll auszuschöpfen.
#interdisziplinär
1 Forschungsschwerpunkt, 5 Themenbereiche
Kontakt
Sprecher
Thomas Lörting
Josef-Möller-Haus
Innrain 52c
A-6020 Innsbruck
Österreich
Sprecher
assoz. Prof. Dr. Thomas Lörting
Institut für Physikalische Chemie
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58019
thomas.loerting@uibk.ac.at
Mitglieder
Univ.-Prof. Mag. Dr. Andreas Bernkop-Schnürch - Drug Delivery
Pharmazeutische Technologie - Institut für Pharmazie
Innrain 80 – 82/IV, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58600
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Mukoadhesive Oligomere, Polymere und Nanopartikel
Oligomere, Polymere und Nanopartikel für verbesserte zelluläre Aufnahme
Oberflächenladungkonvertierende Nanopartikel
Die Arbeit unserer Forschungsgruppe fokussiert auf neuartige, innovative Arzneimittelverabreichungssysteme, die Wirkstoffe zum Zielort transportieren und so eine nachhaltige Wirkstofffreisetzung sowie eine verbesserte Absorption ermöglichen. Diese vielseitigen Systeme umfassen Oligomere, Polymere, Mizellen oder Lipidnanopartikel.
Viele Arzneimittel müssen unangenehmerweise parenteral verabreicht werden aufgrund ungenügender Verweilzeit am Anwendungsort mit einer folglich nicht ausreichend resorbierter Wirkstoffmenge für eine lokale oder systemische Wirkung. Unsere Systeme mit kationischen oder Thiol-Funktionalitäten haften an den Schleimhautschichten der Atemwege, des Magen-Darm-Trakts oder des Fortpflanzungstrakts und immobilisieren das Arzneimittel länger in der Nähe des Wirkorts. Auf zellulärer Ebene zeigen unsere Systeme eine verbesserte zelluläre Aufnahme und eine geringere Ausstoßung der Wirkstoffe aus den Zellen. Mit einer etwas komplexeren Methode, bei der kationische Funktionalitäten mit anionischen Ladungen maskiert werden, können wir die zu frühe Haftung unserer Systeme an den Adhäsionsmembranen verhindern und so stärkere Wechselwirkungen und eine höhere Arzneimittelkonzentration am Zielgewebe.
Die angewandten Arzneimittelverabreichungssysteme könnten neue Wege bei der nichtparenteralen Arzneimittelverabreichung eröffnen, etwa bei der okulären, oralen, bukkalen und nasalen Applikation mit reduzierter Anwendungsmenge und -häufigkeit.
Univ.-Prof. Dr. Martin K. Beyer
Chemische Physik
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 52680
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Reaktivität und Photochemie von Clustern
Spektroskopie und Reaktivität von Metallkomplexen in der Astrochemie
Einzelmolekülkraftspektroskopie von Mechanophoren
Die Arbeitsgruppe Chemische Physik am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik erforscht Mechanismen chemischer Reaktionen unter idealisierten Bedingungen. Für die Experimente verwenden wir hochauflösende Massenspektrometer, um unter Ultrahochvakuumbedingungen isolierte Cluster zu untersuchen. Für die Spektroskopie und Photochemie kommen die Laser der Innsbruck Laser Core Facility zum Einsatz. Mit einem Rasterkraftmikroskop werden chemische Reaktionen in einzelnen Polymermolekülen mechanisch erzwungen. Quantenmechanische Berechnungen erklären die experimentellen Beobachtungen. Mit diesen Methoden untersuchen wir die Natur chemischer Bindungen und erklären vielfältige Phänomene, von der photochemischen Alterung von Seesalzaerosolen in der Atmosphäre über molekulare Katalysatoren und eisenhaltige Moleküle im Weltall bis hin zu polymeren Funktionsmaterialien.
Dipl.-Ing. Dr. Anja Diekamp
Materialwissenschaft in der Denkmalpflege
Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften
Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 63505
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Materialien des gebauten kulturellen Erbes
Entwicklung von Baustoffen für die Anwendung im denkmalpflegerischen Bereich (NHL-Baukastensystem)
Schadensproblematiken durch Sulfatbelastungen an Wandmalerei und Stuck
Unsere Aufgabe ist die grundlagenorientierte, materialwissenschaftliche Bearbeitung von Fragestellungen zum Erhalt des materiellen kulturellen Erbes, um auf Problematiken aus der denkmalpflegerischen Praxis Antworten zu finden. Als AnsprechpartnerInnen und VermittlerInnen für die in der Denkmalpflege arbeitenden Institutionen, RestauratorInnen und HandwerkerInnen ist die Arbeitsgruppe Teil eines transdisziplinären und uniübergreifenden Netzwerkes. Eine wesentliche Kernkompetenz ist die analytische Charakterisierung mineralischer Baustoffe und deren Schadensproblematiken, die in aktuellen Forschungsprojekten zu den Themen Dolomitkalk, Stuck, Hochbrandgips, natürlich hydraulische Kalke und frühe Betone ausgebaut wird. Neben der Begleitung von Restaurierungen von Ruinenmauerwerk über Wandmalereien bis hin zu Kachelöfen werden die Themen Dauerhaftigkeit und Analytik von Werkstoffen Studierenden vermittelt.
Univ.-Prof. Dr. Fabian Dielmann - Anorganische Molekülchemie
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57006
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Hauptgruppenchemie: Von extrem elektronenreichen Phosphanen zu niedrigkoordinierten Ambiphilen
Aktivierung und Valorisierung von Treibhausgasen
Homogene Katalyse: Metallorganische Katalyse, Photokatalyse, Organokatalyse
Die Forschung in der Arbeitsgruppe Dielmann umfasst verschiedene Themen auf dem Gebiet der anorganischen Molekülchemie und der homogenen Katalyse. Ein übergeordnetes Ziel ist die Entwicklung neuer katalytischer Verfahren zur Umwandlung von besonders reaktionsträgen kleinen Molekülen wie den Treibhausgasen Kohlenstoffdioxid (CO2) und Schwefelhexafluorid (SF6) in höherwertige Verbindungen. Für die energieeffiziente und selektive Umwandlung dieser Moleküle entwickeln wir innovative Methoden zur Bindungsaktivierung, synthetisieren reaktive Verbindungen und untersuchen die zugrunde liegenden Mechanismen mit einer Kombination aus experimentellen, spektroskopischen und computerbasierten Methoden.
assoz. Prof. Dr. Gunther Heymann
Festkörperchemie
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57003
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Multianvil Hochdruck-/Hochtemperatursynthese von neuen Tellurat Materialien
In meiner Forschungsgruppe beschäftigen wir uns mit der Synthese von Tellurat-Materialien. Dabei handelt es sich um Salze der Tellursäure H6TeO6 oder der Tellurigen Säure H2TeO3. Das Telluratom hat in diesen Verbindungen entweder die Oxidationsstufe +VI oder +IV. Darüber hinaus weist das Telluratom eine hohe Flexibilität in seiner Koordinationsumgebung auf, was diese Verbindungen strukturell äußerst interessant macht. Wie die Grafik zeigt, kann Tellur in verschiedenster Art und Weise von Sauerstoffatomen umgeben sein. Uns interessieren dann strukturelle Veränderungen und damit verbundene Änderungen der physikalischen Eigenschaften, die mittels Variation des zusätzlichen Syntheseparameters Druck erreicht werden können.
Der Fokus liegt dabei auf der speziellen Synthesemethode, der Multianvil-Hochdruck-Hochtemperatursynthese, der Aufklärung der Kristallstruktur mit Röntgenmethoden und insbesondere der Eigenschaften, die diese neuen Materialien zeigen. Übergangsmetalltellurate zeigen oft multiferroische Phänomene, d. h. mehrere gleichzeitig auftretende Ordnungszustände wie Ferromagnetismus zusätzlich zu Ferroelektrizität oder Piezoelektrizität, die durch Änderungen des magnetischen oder elektrischen Feldes beeinflusst werden können. Andere Materialien sind hochinteressant im Hinblick auf ihre nichtlinearen optischen Eigenschaften. Auf dem Gebiet der Alkalimetalltellurate sind die Lithium- oder Natriumionen Leitfähigkeiten für uns von besonderem Interesse.
assoz. Prof. Dr. Thomas Hofer
Fortgeschrittene Quantenchemie und theoretische Materialwissenschaften
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57111
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Computerunterstützte Materialwissenschaften
Struktur, Dynamik und Thermodynamik von Funktionsmaterialien
Maschinelles Lernen in Quantenchemie und Materialwissenschaften
Computergestützte Methoden sind unverzichtbare Werkzeuge in der modernen Chemie und Materialforschung, da sie eine Reihe von Vorteilen im Forschungalltag bieten. Die computergestützte Chemie ermöglicht die Simulation komplexer chemischer Prozesse und des Verhaltens molekularer Systeme, die experimentell oft nur schwer oder gar nicht zu untersuchen sind. Quantenchemische Methoden liefern darüber hinaus detaillierte Informationen über die elektronische Struktur und die Eigenschaften von Molekülen und Materialien auf atomarer Ebene. Mit Hilfe dieser Verfahren lässt sich eine große Anzahl chemischer Verbindungen und Materialien effektiv und zeitsparend untersuchen, wodurch in vielen Fällen teure und zeitaufwändige experimentelle Versuche vermieden werden können. Die vielversprechendsten Kandidaten können dann von den experimentellen Arbeitsgruppen im Labor weiter untersucht werden.
assoz. Prof. Dr. Stephan Hohloch - Nachhaltige Chemie im gesamten Periodensystems
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57035
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Katalyse der frühen Übergangsmetalle
Die Hohloch-Gruppe konzentriert sich auf die Verwendung von frühen Übergangs- und f-Block-Metallen in nachhaltigen und umweltfreundlichen Anwendungen. Diese reichen von der Verwendung dieser Elemente in molekularem Magnetismus, nachhaltiger Katalyse oder der Aktivierung von ansonsten inerten kleinen Molekülen wie N2, CO2 und H2. Ein weiterer Schwerpunkt der Gruppe ist die Erforschung der allgemeinen Reaktivität von schweren Cyanaten der allgemeinen Formel [ChCPn]- (Ch = Chalcogen, O, S, Se und Pn = Pnictogen, N, P, As). Das übergeordnete Ziel der Forschung ist es, neue Methoden und Wege zu finden, um diese Bausteine für die Synthese von Grundstoffen für die chemische Industrie sowie von Spezialchemikalien mit potenziellen medizinischen Anwendungen zu nutzen/verfügbar zu machen.
Univ.-Prof. Mag. Dr. Christian Huck
Analytische Chemie
Institut für Analytische Chemie und Radiochemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57300
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Entwicklung von neuen Materialien
Charakterisierung mithilfe neuer Analysenmethoden
Implementierung von neuen Materialien für spezifische Anwendungen
Synthese und analytische Charakterisierung von innovativen Materialien: Zusätzlich zur Entwicklung von neuen Materialien für verschiedenste Bereiche zählt die Entwicklung von neuen Methoden zur Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften zu unserem Forschungsgebiet. Der Schwerpunkt wird dabei auf nicht-invasive Messtechniken gelegt, welche eine sehr schnelle und simultane Bestimmung einer Vielzahl an Parametern erlaubt. Die Methodenentwicklung kann für die Routine im Sinne eines adäquaten Kalibrier- und Validierverfahrens leistungsstark angepasst werden. Dadurch kann in vielen Fällen eine aufwendige Routineanalytik durch neuartige leistungsstärkere Ansätze ersetzt werden.
Univ.-Prof. Dr. Hubert Huppertz
Festkörperchemie
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 – 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57000
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Festkörperchemie
Hochdruckchemie
Leuchtstoffe für LEDs
Die Forschungsinteressen der Abteilung Festkörperchemie liegen in der explorativen synthetischen Entdeckung neuer Verbindungen in den Substanzklassen der Borate, Fluorid-Borate, Bor-Germanate, Bor-Gallate, Gallate, Borat-Nitrate, Gallium-Oxonitride, Seltenerd-Molybdate, intermetallischen Verbindungen und Boride. Hochentwickelte Syntheseverfahren werden unter Umgebungs- und Hochdruckbedingungen eingesetzt, zB unter Verwendung eines Hochfrequenzofens oder einer Multianvil-Hochdruckanlage. Zusätzlich zur klassischen Festkörpersynthese werden molekulare Vorstufen eingesetzt, um neue Verbindungen zu erzeugen. In erster Linie interessiert uns die Strukturaufklärung der unbekannten Verbindungen. Darüber hinaus stehen die Weiterentwicklung und Anwendung dieser neuartigen Materialien im Mittelpunkt unserer Arbeit, einschließlich Aspekten wie Ionenleitfähigkeit, optische Eigenschaften, nichtlineares optisches Verhalten, Lumineszenz, mechanische Eigenschaften, thermische Stabilität und Magnetismus.
Univ.-Prof. Dr. Volker Kahlenberg - Angewandte Mineralogie und Kristallographie
Institut für Mineralogie und Petrographie
Innrain 52, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 54603
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Verhalten von oxidischen Werkstoffen unter „non-ambient“ Bedingungen
Phasenanalyse und Thermodynamik von multinären Oxidsystemen
Kristallstrukturanalysen komplexer anorganischer Verbindungen
Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe sind an der Schnittstelle zwischen angewandter und grundlagenorientierter Forschung angesiedelt. Im Fokus steht die Materialentwicklung und Charakterisierung von Feststoffen, die im Bereich von industriellen Hochtemperaturprozessen auftauchen. Hierzu zählen zum Beispiel Produkte der Stahl-, Keramik-, Glas- und Bindemittel-, sowie der Feuerfestindustrie, die neben high-tech Anwendungen auch für viele Bereiche des täglichen Lebens direkt oder indirekt eine wichtige Rolle spielen (Ziegel, Sanitärkeramik, Fliesen und vieles mehr). Ein besonderer Schwerpunkt unserer Forschung liegt dabei bei sogenannten in-situ Messungen mittels verschiedenster Röntgenbeugungsverfahren, bei denen die Herstellung und der Einsatz von kristallinen Festkörpern unter möglichst prozeßnahen Bedingungen bis zu 1500 °C untersucht wird. Ferner können Einflüsse des kristallinen Aufbaus auf die Änderungen der Eigenschaften direkt verfolgt werden.
Unsere Arbeitsgruppe forscht an Materialien und Prozessabläufen für die pulverbettbasierte additive Fertigung – auch als 3D Druck bekannt – von metallischen Werkstoffen. Bei diesen Fertigungsverfahren wird Metallpulver durch einen Laser- oder Elektronenstrahl in einem schichtweisen Aufbauprozess selektiv verschmolzen. Dies ermöglicht die ressourceneffiziente Herstellung individuell angepasster Bauteile mit komplexen, hochfunktionalen Geometrien. Zusätzlich ist es möglich, die außergewöhnlichen Prozessbedingungen zu nutzen, um neue Werkstoffe mit einzigartiger Mikrostruktur und verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Unsere Forschungsschwerpunkte sind die Legierungsentwicklung, also die Entwicklung neuer, angepasster Werkstoffe auf Basis thermodynamischer Berechnungen, und die simulationsgestützte Prozessentwicklung, also die Entwicklung von Prozessstrategien um neue Werkstoffe defektfrei verarbeiten zu können. Wir beschäftigen uns mit hochschmelzenden Werkstoffen wie Molybdän und Wolfram, mit Titan- und Aluminiumlegierungen sowie mit Stählen. Für unsere anwendungsnahen Forschungsprojekte arbeiten wir eng mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie zusammen.
Wir untersuchen Grenzflächenprozesse, um die Reaktionswege und -mechanismen aufzuklären, die an der fest/flüssig-Grenzfläche während elektrochemischer Energieumwandlungs- und -Speicherprozesse ablaufen. Der Forschungsansatz der Gruppe basiert auf der Entwicklung und Anwendung von in-situ- und ex-situ-Analysetechniken, die auf Systeme mit zunehmender Komplexität angewendet werden. Diese reichen von einkristallinen Modellelektroden, die unter idealisierten Bedingungen untersucht werden, bis hin zu komplexeren, aber gut definierten nanostrukturierten Materialien, die in realen Brennstoff- und Elektrolysezellen oder Batterieumgebungen eingesetzt werden könnten.
Univ.-Prof. DI Dr. Roman Lackner - Materialtechnologie
Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften
Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 63500
E-Mail www.uibk.ac.at/mti
Optimierung und Dauerhaftigkeit (Prof. Roman Lackner)
Die AG Materialtechnologie beschäftigt sich mit dem gesamten Lebensweg von Materialien, beginnend mit der Herstellung, über die Optimierung der technischen Eigenschaften sowie Aspekte der Dauerhaftigkeit bis zur möglichen Rezyklierbarkeit. Die Grundlage der Forschungsarbeiten liefert eine umfassende Charakterisierung der Materialeigenschaften auf – falls erforderlich – verschiedenen Längenskalen am NanoLab der Universität Innsbruck. Der methodische Ansatz dieser Mehrskalenbetrachtung ist nicht auf ausgewählte Materialien und technische Eigenschaften beschränkt – dementsprechend weitgestreut sind die Möglichkeiten und potentiellen Anwendungen. So werden Aspekte der Optimierung technischer Eigenschaften, der Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit von Materialien, die Auswirkung von Schwankungen/Aspekte der Qualitätssicherung im Produktionsprozess sowie bauchemische Fragestellungen/Schadensfälle behandelt.
Univ.-Prof. DDr. Klaus Liedl - Theoretische Chemie
Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie
Innrain 80 - 82, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 57100
E-Mail Website
Beschreibung der Infrarot Aktivität von atmosphärisch relevanten Molekülen
Identifikation von Molekülen im interstellaren Raum
Thermodynamische Eigenschaften der Solvatation von Proteinen
Elektronenstrukturmethoden wie Coupled Cluster (CC) erlauben die präzise quantenmechanische Modellierung elektronischer Eigenschaften von Molekülen und bilden die Basis für weiterführende Methoden wie vibrational configuration interaction (VCI), welche eine akkurate Lösung der Kernschrödingergleichung finden und dadurch eine präzise Beschreibung der anharmonischen, gekoppelten Schwingungsbewegung von kleinen atmosphärisch relevanten Molekülen ermöglicht. Auf der anderen Seite des Größenspektrums erlauben Molekularmodellierung und Molekulardynamik (MM/MD) Techniken die Betrachtung von Proteinen und den Interaktionen, welche sie mit den Liganden in ihrer Bindetasche eingehen.
assoz. Prof. Dr. Thomas Lörting
Kryochemie von Wasser
Institut für Physikalische Chemie
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58019
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Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Wasser und wässrigen Lösungen unterhalb des Gefrierpunktes, insbesondere mit kristallinem Eis, amorphem Eis, tief unterkühltem flüssigen Wasser sowie Clathrat-Hydraten. Highlights in der Grundlagenforschung umfassen die Entdeckung von einem dritten amorphen Eis („VHDA“) sowie von einer kristallinen Eisform („Eis XIX“). In der angewandten Forschung erarbeiten wir Referenzdaten für die spektroskopische Entdeckung von zwanzig verschiedenen Eisformen im Weltall und beschäftigen uns an der Schnittstelle von Wissenschaft und Spitzensport mit der Reibung von Rodelkufen auf Eis.
Ass.-Prof. Dr. Laerte Patera - Oberflächenchemie
Physikalische Chemie
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58100
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Das Ziel unserer Forschung ist es, ein mechanistisches Verständnis von chemischen Prozessen auf atomarer Ebene zu erlangen, die an Oberflächen ablaufen. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die Synthese und Abbildung von zweidimensionalen organischen Gerüststrukturen für die Energieumwandlung. Wir nutzen Bildgebungstechniken, die auf hochauflösender Rastersondenmikroskopie basieren, um molekulare Nanostrukturen mit atomarer Auflösung darzustellen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Verfahren zur Messung photoangeregter Zustände in lichtsammelnden Funktionsmaterialien. Das Verständnis dieser lichtinduzierten Prozesse ermöglicht das Design photoaktiver Materialien mit verbessertem Energieumwandlungsprozess.
Ass.-Prof. Dr. Clifford Patten - Bodenschätze und Erzgeologie
Insitut für Mineralogie und Petrographie
Innrain 52, 6020 Innsbruck
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Metallmobilität in der ozeanischen Kruste
Mineralische Ressourcen sind für die Energiewende weg von fossilen Brennstoffen unerlässlich. Erzlagerstätten sind jedoch immer schwieriger zu finden, und neue Forschungsansätze sind nötig um ihre Entstehung zu verstehen. Unsere Forschung konzentriert sich auf die geologischen Prozesse, die zur
Bildung von Erzlagerstätten führen. Wir betrachten die Mechanismen im Großen und Kleinen, indem wir verschiedene Bereiche der Geowissenschaften wie Tektonik, Strukturforschung, Petrographie, Mineralogie und Geochemie miteinander verbinden.
Nanostrukturierte Modell-Katalyse
Institut für Physikalische Chemie
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
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Unsere Gruppe konzentriert sich auf das mechanistische Verständnis von Prozessen an der Grenzfläche zwischen Feststoff und Gas an Materialien, die für Reaktionen in der nachhaltigen Katalyse relevant sind, wie z. B. Methanoldampf- oder Methan-Trockenreformierung und die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden. Die Materialien reichen von Oxid- über Metalloxid-Systemen bis hin zu intermetallischen Verbindungen und Legierungen. Durch die Kombination von Modellsystemen unter Ultrahochvakuum und (Pulver-)Materialien unter technologisch relevanten Bedingungen ist es unser Ziel, die „Druck“- und „Material“-Lücke in der Katalyse zu schließen. Unser Ansatz besteht ausschließlich darin, in situ und operando strukturelle und spektroskopische Techniken zu verwenden, um das Katalysatorverhalten unter nahezu realen Bedingungen zu untersuchen. Dieser interdisziplinäre Ansatz beinhaltet die Zusammenarbeit zwischen Forschern aus verschiedenen Bereichen, darunter Materialwissenschaften, Chemie, Physik und Ingenieurwesen.
Hybridstrukturen und Grenzflächen
Funktionsmaterialien und Energie
Biobasierte Materialien, Nachhaltigkeit und Zirkularität
Die Forschungsaktivitäten des Forschungsinstituts für Textilchemie und Textilphysik konzentrieren sich auf Grundlagenforschung und Technologieentwicklung im Bereich Chemie der Fasern, Polymere, Farbstoffe und Advanced Materialien, einschließlich Modifizierung, Charakterisierung und Anwendung von Faser- und Textilmaterialien. Das Institut beheimatet das EU Key Enabling Technology Center und die Core Facility für Interface in Hybrid Systems.
Derzeitige Forschungsaktivitäten laufen in den Bereichen Hybridstrukturen und Grenzflächen, Energiespeicherung, Funktionstextilien, Biobasierte Materialien, Nachhaltigkeit und Zirkularität. Wir arbeiten eng mit nationalen und internationalen Unternehmen und Forschungseinrichtungen an neuen Technologien und Einsatzmöglichkeiten von Fasern und Textilien.
Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. Engelbert Portenkirchner
Batterietechnologien
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58014
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Vielversprechende Alternative Materialien für die Batterieforschung
Die nachhaltige Energiespeicherung ist eine der großen Herausforderungen des einundzwanzigsten Jahrhunderts. Als Antwort auf die Bedürfnisse der modernen Gesellschaft und die aufkommenden Umweltbedenken ist eine verbesserte Energiespeicherung unerlässlich, um die Nutzung von mehr erneuerbaren Energien im Netz zu ermöglichen und den Übergang von benzinbetriebener zu kohlenstoffneutraler Mobilität zu schaffen. Daher sind neue chemische Prozesse, die von Natur aus ökoeffizient und umweltfreundlich sind, von entscheidender Bedeutung.
Meine Forschung widmet sich den Herausforderungen und Chancen neuartiger, innovativer Konzepte, chemischer Verfahren und Architekturen für moderne Energiespeichersysteme. Mein Ziel ist es, die Grenzen für fortschrittliche Energiespeichersysteme zu erweitern, die kostengünstig und umweltfreundlich sind.
NanoBio Physik
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck
Website
Pickup von Atomen und Molekülen in hochgeladene Heliumtröpfchen ermöglicht die effektive Erzeugung größenselektierter Cluster und Nanoteilchen. Darüber hinaus können Ionen mit einigen Heliumatomen angerlagert erzeugt werden, die ideale Voraussetzungen für Spektroskopie bieten.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit photoaktiven Hybridmaterialien bestehend aus porösen Metall-Organischen Gerüstverbindungen (MOFs) und photochromen/lumineszenten (an)organischen Molekülen und Komplexen. Photoaktive Substanzen zeigen vornehmlich in Lösung ihre optischen Eigenschaften, die im Feststoff durch sterische Hinderung limitiert werden. Die Einbettung in die poröse Struktur von MOFs hat dabei den Vorteil, dass die betreffende Spezies voneinander separiert wird. Zum einen führt das dazu, dass lichtinduzierte Isomerisierungsprozesse auch im Feststoff möglich werden, zum anderen können Phänomene wie das Löschen von Lumineszenz durch Aggregation verhindert werden. Darüber hinaus können MOFs in ihren physikochemischen Eigenschaften durch gezielte Änderung der Grundbausteine variiert und somit gewünschte Eigenschaften eingestellt werden, die wiederum die optische Antwort des Gesamtmaterials moduliert.
Die Zwei- oder Mehrkomponentensysteme werden dabei über verschiedene Synthesewege dargestellt, die von “Eintopf”-Synthesen, über Diffusionsbeladung hinzu Gasphasenbeladung und Mechanochemie reichen. Die so erhaltenen Materialien werden dann über verschiedene diffraktometrische und spektroskopische Methoden hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften untersucht.
Arbeitsbereich Mineralogie und Petrologie
Institut für Mineralogie und Petrographie
Innrain 52f, 6020 Innsbruck
Die Anknüpfungspunkte des Arbeitsbereichs Mineralogie – Petrologie im FSP FunMat liegen vor allem in der gemeinsamen Nutzung experimenteller und analytischer Methoden. Neben Kristall-Synthesen unter hohen Drucken sind hier vor allem Mikrostrahl-Techniken zu nennen. Die Forschungsthemen selber liegen auf dem Gebiet der Erdwissenschaften.
Der gemeinsame Fokus unserer Forschungsprojekte ist die Verknüpfung von biologischen Motiven mit materialtechnischen Anwendungen und modernen verfahrenstechnischen Prozessen.
So nutzen wir zur Darstellung innovativer Materialien oftmals vielfältige Rohstoffe, die uns die Natur zur Verfügung stellt. Viele unserer Projekte folgen zudem dem Prinzip der Biomimetik. Dabei werden Prozesse aus der Natur abstrahiert und auf eine technische Fragestellung angewendet. Dies führte beispielsweise zu Kalmar-inspirierten Glasfaserverbunden und der Idee einer Schlangenhaut-inspirierten Kreislaufwirtschaft für lackierten Oberflächen.
Neben industrieller Anwendbarkeit der Materialien legen wir großen Wert auf ein tiefgehendes Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse und Strukturen. Dazu schauen wir z. B. mit hochauflösenden Mikroskopiemethoden tief in den Aufbau und die Chemie unserer Materialien.
Wir untersuchen zeitabhängige und dynamische Phänomene in komplexen Systemen. Hierbei setzen wir experimentell auf NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanz-Spektroskopie), welche es uns ermöglicht, den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen mit atomarer Auflösung zu beobachten und zu quantifizieren. Dies verschafft uns ein tiefgehendes Verständnis jener Faktoren, die die Effizienz chemischer Reaktionen bestimmen. Besonders interessieren uns dabei biologische Systeme, hauptsächlich Proteine und Proteinkomplexe. Diese Biomoleküle fungieren als hochspezialisierte und effiziente Katalysatoren verschiedenster chemischer Reaktionen. Zudem zeichnen sie sich durch ihre strukturelle Dynamik aus, eine für ihre Funktion wesentliche Eigenschaft, die NMR-spektroskopisch charakteri-siert werden kann. Aufgrund ihrer Komplexität stellen Biomoleküle eine experimentelle Herausforde-rung dar, die den Einsatz von Hochfeld-NMR-Spektroskopie erfordert.
Dipl.-Ing. Valentine Troi
Biobasierte Materialien
Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften
Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 63555
E-Mail UIBK-Website Personal Website
Biobasierte Kompositwerkstoffe
Klimakrise und Rohstoffknappheit forcieren ein Neudenken unseres heutigen Wirtschafts- und Energiesystems, das auf fossilen und mineralischen Rohstoffen aufbaut; innovative bioökonomische Konzepte ermöglichen eine Abkehr von fossilen Rohstoffen als Basis unserer Produkte hin zu nachwachsenden Rohstoffen und biobasierten Materialien, die nachhaltig genutzt und möglichst lange im Kreislauf geführt werden. Eine große Rolle spielt dabei die Ausrichtung auf die regionale und nachhaltige Bereitstellung der Rohstoffe (mit Fokus auf Land-, Forst- und Abfallwirtschaft); insbesondere zu berücksichtigen ist in diesem Kontext die stark variierende Qualität der Rohstoffe, die mit kaskadisch ausgelegten Wertschöpfungsketten aufgefangen werden soll. Die Entwicklung entsprechend angepasster materialtechnologischer Lösungen und die daraus resultierende Produktentwicklung für Industriezweige wie die Bauwirtschaft und Mobilität sind Kernaufgaben der interdisziplinär aufgebauten Arbeitsgruppe.
Dr. Nikolaus Weinberger
Dünnschichttechnologie
Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften
Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 63548
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Entwicklung neuer Dünnschichtsysteme und Herstellungsprozesse
Entwicklung industrieller Rolle-zu-Rolle Herstellungsverfahren
Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Photovoltaik Technologien, wobei unser Schwerpunkt auf der Dünnschicht-Technologie (eng. Thin-Film Photovoltaics) liegt. Dünnschichtsolarzellen sind dünner als ein menschliches Haar und etwa 100-mal dünner als herkömmliche (Silizium basierte) Solarzellen. Vorteile sind: geringer Materialverbrauch, geringer Energieverbrauch in der Herstellung, niedriges Gewicht, und Flexibilität. Die Fertigung auf Folie (flexibel) eröffnet eine breitere Anwendungspalette und erleichtert die Integration von Photovoltaik, z.B. in Fahrzeugen, Gebäuden und Flugzeugen. Zudem können für die Herstellung sogenannte Rolle-zu-Rolle Verfahren eingesetzt werden. Unsere Forschungsgruppe führt umfassende Materialanalysen durch, um fundamentale Zusammenhänge zwischen Herstellung und Performance zu beschreiben. Neben der Entwicklung neuer Materialien und Herstellungsprozesse testen wir diese an unserem Photovoltaik Outdoorteststand.
Univ.-Prof. Dr. Roland Wester
Molekulare Systeme
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 52620
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Reaktive Streuung von langsamen Molekülen und Ionen
Reaktionen und zustandsaufgelöstes Photodetachment von kalten negativen Ionen
Unsere Gruppe untersucht die Physik und Chemie von Molekülen und deren Dynamik unter streng kontrollierten Bedingungen. Wir erforschen zum Beispiel die Reaktionsmechanismen von Ionen-Molekül-Reaktionen und sind besonders daran interessiert, die Bedeutung der Quantendynamik bei molekularen Kollisionen und chemischen Reaktionen zu erforschen. Außerdem entwickeln wir Methoden um molekulare Wechselwirkungen mit Hilfe von Lasern und Fallen zu kontrollieren und zu manipulieren.