Argovia-Projekte 2013

A8.1 Bio-Duraclean

2013-2015

Innerhalb des Projektes Bio-Duraclean versucht ein interdisziplinäres Wissenschaftlerteam unter Leitung von Dr. Olfa Glaied vom Institut für Chemie und Bioanalytik der Fachschule Nordwestschweiz (FHNW) eine widerstandsfähige Schmutz abweisende Oberfläche zu entwickeln, die beispielsweise für den Anstrich von Zügen eingesetzt werden kann.

Die Forscherinnen und Forscher werden dazu verschiedene erfolgversprechende Ansätze kombinieren. Zum einen folgen sie dem Vorbild der Natur und ahmen den Lotuseffekt nach. Sie erzielen dies durch eine Kombination von Nano- und Mikropartikeln auf einer Polyurethanmatrix. Durch die systematische Anordnung der Partikel soll die Oberfläche ähnlich rau werden wie die der Lotuspflanzenblätter, sodass Wasser in Tropfen abperlt und dabei Schmutzpartikel mitnimmt. Hierbei untersuchen die Forschenden verschiedene Partikelanordnung zum Beispiel von Kieselsäure. Um den Wasser und Schmutz abweisenden Effekt noch zu verbessern, planen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zudem, die gesamte Oberfläche mit einem Wasser abweisenden Polymer zu bedecken. Eine Herausforderung bei diesem Projekt ist es, diese verschiedenen Oberflächenbestandteile dauerhaft miteinander, mit der Matrix und vorherigen Anstrichen zu verbinden. Mitarbeiter der Firma Mäder AG, die als Industriepartner bei Bio-Duraclean mitwirken, bringen dazu ihre Erfahrung und die von Mäder entwickelte Haftungstechnologie ein.

Im Projekt Bio-Duraclean arbeiten Forscherinnen und Forscher aus den Teams von Dr. Olfa Glaied, Professor Uwe Pieles (Institut für Chemie und Bioanalytik, FHNW), Professor Wolfgang Meier (Department Chemie, Universität Basel) und Dr. Jörg Reiter (Walter Mäder AG, Killwangen) eng zusammen.

A8.3 EL-ENA

2013-2015

Im Projekt EL-ENA untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Professor Uwe Pieles vom Institut für Chemie und Bioanalytik (FHNW) den Einsatz spezieller Nanopartikel in elektronischen Büchern (e-paper).

Elektronische Bücher werden immer populärer. Sie sind leicht, handlich und einfach zu bedienen. Mit ihnen hat der Leser eine ganze Bibliothek immer griffbereit und sie lassen sich inzwischen problemlos bei Dunkelheit und Sonne lesen. Während die neusten Produkte schwarz-weisse Texte fast wie gedruckt wiedergeben, lassen erste Prototypen für farbige Abbildungen noch viele Wünsche offen. Hier wollen die Forschenden im Projekt EL-ENA ansetzen. Statt wie in den heute zur Verfügung stehenden, energiezehrenden farbigen e-Readern Pigmente einzusetzen, planen sie, stabile, gefärbte Nanopartikel zu verwenden. Diese Nanopartikel besitzen eine elektrische Ladung. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes bewegen sich die Partikel in diesem Feld, akkumulieren im Sichtfenster und können so eine Farbänderung verursachen. Um dies zu erreichen wollen die Forschenden zusammengesetzte Nanopartikel herstellen. Der Kern besteht aus Silikat, der Mantel enthält Farbstoffe und trägt die notwendige elektrische Ladung. Wie beim Tintenstrahldrucker sind die Farben Cyan, Magenta, und Gelb ausreichend, um daraus alle anderen Farben zu mischen.

Bevor ein derartiges farbiges e-Book zur Verfügung stehen kann, sind zahlreiche Untersuchungen notwendig. Die Grösse der Partikel sowie das ideale Verhältnis von Kern zu Mantel sind von Bedeutung. Daneben sind die Intensität der Farbe sowie auch die kontrollierte Aufladung der Partikel elementar für ein optimales Funktionieren. Mitarbeitende der Gruppen von Professor Uwe Pieles und Professor Gerhard Grundler (beide Institut für Chemie und Bioanalytik, FHNW) sowie von Dr. Giovanni Nisato und Dr. Wolfgang Tschanun (beide CSEM Basel) arbeiten bei diesem anspruchsvollen Projekt eng zusammen. Sie werden von den Industriepartnern des BASF Research Center in Basel Dr. Reinhold Öhrlein und Dr. Andreas Hafner in allen Belangen unterstützt.

A8.7 NANOX

2013-2015

Professor Uwe Pieles leitet neben ELE-NA noch ein zweites neues Argovia-Projekt mit dem Namen NANOX. Hierbei wollen die Forschenden einen Katalysator entwickeln, der den Abbau von Wasserstoffperoxiddämpfen unterstützt.

Medikamente und Lebensmittel werden in besonders reinen Umgebungen produziert, um eine Kontamination mit Mikroorganismen zu verhindern. Heutzutage werden die Oberflächen in Reinräumen und Isolatoren daher oft mit verdampftem Wasserstoffperoxid dekontaminiert und anschliessend mit steriler Luft belüftet. Um Energie zu sparen und die Umwelt möglichst wenig zu belasten, wird diese Luft rezirkuliert, was allerdings einen aktiven Abbau des Wasserstoffperoxids erfordert. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Projekt NANOX wollen nun einen keramischen Kompositkatalysator entwickeln, bei dem Nanopartikel aus Metall und Metalloxiden in einer inerten anorganischen Matrix mit immobilisierten Katalase-Molekülen kombiniert werden. Katalase ist ein in zahlreichen Organismen vorkommendes Enzym, das sehr effizient Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff umwandelt. In dem vorgeschlagenen Katalysator arbeiten die metallischen Nanopartikel mit dem natürlichen Enzym Hand in Hand. Im Rahmen des Projektes arbeiten Mitarbeitende der FHNW aus den Gruppen von Professor Uwe Pieles und Professor Patrick Shagaldian zusammen mit Forschenden der Universität Basel aus den Teams von Professor Catherine Housecroft und Professor Edwin Constable. Der Industriepartner in diesem Projekt ist Frau Olivera Scheuber von SKAN AG, Allschwil, einem Marktführer für Isolatoren und Reinraumausstattung.

A8.8 NAPOHIC

2013

Erneuerbare Energien wie Wind und Photovoltaik stehen dezentral zur Verfügung und ihre Leistungsabgabe fluktuiert stark und schnell. Dies verlangt nach einem massiven Ausbau und einer Erneuerung der Stromnetze. Ein grosser Teil der Netze soll und muss unterirdisch oder unter Wasser durch isolierte Hochspannungskabel realisiert werden. Die heutigen Mehrschicht-Isolationssysteme, die auch schwach leitende Schichten zur Feld-Homogenisierung enthalten, haben sich bewährt. Diese Technologie stösst aber bei den Anforderungen an zukünftige Netze an ihre Grenzen. Gefordert sind unter Anderem hohe Lastwechselfestigkeit über lange Zeiträume und eine Steigerung der Übertragungsleistung.

Ziel des Nano-Argovia Projektes NAPOHIC (Nano carbon based semi conductive polymers for high voltage cables) ist die Untersuchung von neuartigen, auf Kohlenstoff basierenden nano-Additiven als Beimischung zu einzelnen Polymerschichten im Isolationssystem von Hochspannungskabeln, damit diese die zukünftigen Anforderungen erfüllen.

Partner im Projekt NAPOHIC sind: ABB Corporate Research, FHNW-Technik und das PSI. Prof. Jens Gobrecht (PSI) leitet das Team.

A 8.9 TIGHTSEAL

2013

Unter Leitung von Marcus Waser von der FHNW entwickeln Wissenschaftler im Projekt TIGHTSEAL eine hauchdünne luftdichte Beschichtung für Graphitdichtungen.

Dichtungen für Gase und Flüssigkeiten, die in der chemischen und petrochemischen Industrie verwendet werden, müssen strenge Auflagen erfüllen. Sie müssen vor allem sehr dicht sein, auch nach Einwirkung von verschiedenen Chemikalien, und sollen in ihren Dichtungseigenschaften unabhängig von Temperaturen sein. Flexible Graphitdichtungen erfüllen viele dieser Vorrausetzungen. Sie sind chemisch resistent gegenüber fast allen Chemikalien und über einen Temperaturbereich von Minusgraden bis zu 500°C lange haltbar. Bedingt durch den Aufbau von Graphit aus mehreren Nanoschichten, erfüllen Graphitdichtungen die Auflagen bezüglich Dichtigkeit jedoch nicht vollständig. Im Projekt TIGHTSEAL soll nun ein wenige Nanometer dünner Film aus luftdichtem Material auf die Graphitdichtungen aufgebracht werden. Dieser Film darf die hervorragenden Eigenschaften des Graphits nicht massgeblich verändern, soll aber die Dichtigkeit so verbessern, dass die Sicherheitsstandards erfüllt werden.

Am Projekt TIGHTSEAL sind die Teams von Marcus Waser, Professor Uwe Pieles (beide FHNW), Professor Jens Gobrecht (PSI) sowie als Industriepartner Dr. U. Wegmann von Klinger AG, Egliswil beteiligt.