Arbeitsgruppe Feldhoff

Die Arbeitsgruppe Feldhoff befasst sich mit Physikalischer Materialchemie. Wissensbasierte Ansätze umfassen gezielte Synthesen und funktionelle Charakterisierungen von Materialien sowie eine umfassende Aufklärung ihrer Realstruktur auf unterschiedlichen Hierarchieebenen bis hinab zur Sub-Nanometerskala.

FORSCHUNGSEXPERTISE: THERMO-IONO-ELEKTRONISCHE MATERIALIEN UND MIKROSTRUKTURANALYTIK

Unter dem Dach der thermo-iono-elektronischen (TIE) Materialien können alle Festkörper zusammengefasst werden, die Entropie, Ionen oder Elektronen leiten, wenn sie entsprechenden thermodynamischen Potentialgradienten ausgesetzt werden. Entsprechend strömen Wärme, elektrochemische Energie und elektrische Energie durch diese Materialien. Damit lassen sich Energiekonversion, Energiespeicherung oder Stofftrennung realisieren.

Zur Realstrukturaufklärung der TIE-Materialien werden Röntgendiffraktometrie (XRD) mit Strukturverfeinerungsmethoden (Pawley, Rietveld) sowie Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-REM) und Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskopie (FE-TEM) herangezogen.

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bezieht ihre Leistungsfähigkeit aus der Kombination einer ganzen Reihe fortgeschrittener physikalisch-chemischer Charakterisierungsmethoden. Im reziproken Raum stehen Feinbereichselektronenbeugung (SAED) und konvergente Elektronenbeugung (CBED) zur Verfügung. In der Hochauflösungs-TEM (HRTEM) dient der Phasenkontrast zur atomar-auflösenden Direktabbildung von Kristallgittern.

Die Raster-TEM (STEM) macht im Weitwinkeldunkelfeld (HAADF) ordnungszahlabhängige Z-Kontrastabbildungen möglich. Für die lokale Elementanalytik werden neben energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDXS) auch energie-gefilterte TEM (EFTEM) und Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (EELS) herangezogen

THERMOELEKTRISCHES ENERGY HARVESTING

Thermoelektrischer drei-phasiger 2D-Nanokomposit | Transmissionselektronenmikroskopaufnahme

Thermoelektrisches Energy Harvesting oder „Energieernten“ beruht auf der thermischen Induktion eines elektrischen Stromes (Seebeck-Effekt). Es stellt sich die Aufgabe, solche Materialien aufzufinden und weiterzuentwickeln, in denen möglichst wenig Entropie fließt, die nicht an einen Ladungsstrom koppelt, der Ladungsstrom aber zugleich viel Entropie mit sich führt.

Ein vielversprechender Ansatz besteht in der Nanostrukturierung von Materialien, um die freie Ausbreitung elastischer Schallwellen im Material  – welche Hauptträger des nicht an einen Ladungsstrom koppelnden Entropiestroms sind – durch Streuung an den Nanostrukturen zu verringern, während der Transport von Elektronen möglichst unbehindert bleibt.

Wir erforschen oxid-basierte thermoelektrische Nanomaterialien, welche hohe Leistungsfaktoren sowie Gütefaktoren aufweisen und sich durch Hochtemperaturstabilität auszeichnen.

Die Materialien werden synthetisiert, mikrostrukturell sowie funktionell charakterisiert und für den Einsatz in Prototyp-Thermogeneratoren ertüchtig.

GEMISCHTLEITENDE OXIDE FÜR GASTRANSPORTMEMBRANEN

Gemischtleitendes Oxid im kalzinierten Zustand | Rasterelektronenmikroskopaufnahme

Wird ein gemischt ionisch-elektronischer Leiter in einen Gradienten des chemischen Potentials der im Festkörper beweglichen ionischen Komponente gebracht, kann er für diese Ionen selektiv permeabel – also durchdringbar – werden.

Thermisch aktiviert kann die ambipolare Diffusion von Ionen und Elektronen im Festkörper beispielsweise zur Realisierung von Membranen zur Gastrennung herangezogen werden ohne dass dafür äußere Elektroden benötigt werden.

Auf der Basis von komplexen Oxiden gilt unser Interesse insbesondere der Ertüchtigung dieser Materialien als Membranen für die Abtrennung von Sauerstoff oder Wasserstoff aus Gasgemischen. Dabei ist neben einem hohen Permeationsfluss eine gute Phasenstabilität sowohl unter oxidierenden als auch reduzierenden Bedingungen erfordert. Oftmals tritt die Erfordernis einer hohen chemischen Stabilität im Kontakt mit reaktiven Gasen hinzu.

ABSCHLUSSARBEITEN

Thermogenerator auf flexiblem Substrat

In den Forschungsthemen der Arbeitsgruppe können laufend Forschungspraktika und Abschlussarbeiten wie Bachelor- oder Masterarbeiten durchgeführt werden.

Aktuell ist eine Masterarbeit zum Thema "Perowskitoxidisches multi-funktionales Energy Harvester Material" zu besetzen.

Aktuell ist eine Doktorandenstelle in der Physikalischen Materialchemie zum Thema "Texturierte oxidkeramische Sauerstofftransportmembranen" zu besetzen.

Interessierte wenden sich bitte an Prof. Feldhoff.

ARBEITSGRUPPENLEITUNG

apl. Prof. Dr. rer. nat. habil. Armin Feldhoff
Gruppenleitung
Adresse
Callinstraße 1
30167 Hannover
Gebäude
Raum
113
apl. Prof. Dr. rer. nat. habil. Armin Feldhoff
Gruppenleitung
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Callinstraße 1
30167 Hannover
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