Funktionswerkstoffe

Die Kompetenzen der Fraunhofer-Institute des Verbunds Light & Surfaces liegen zum einen in den verschiedenen Technologien zur Ver- und Bearbeitung unterschiedlichster Werkstoffe. Andererseits haben die Institute aber auch ein breites Know-how auf dem Gebiet der Werkstoffentwicklung und Werkstoffcharakterisierung aufgebaut. Dieses Know-how wird in Form spezifischer Technologieentwicklungen für Funktionswerkstoffe angeboten und mit Kunden umgesetzt.

So konzentrieren sich beispielsweise die werkstoffspezifischen Arbeiten des Fraunhofer IOF auf optische Werkstoffe. Die Auswahl geeigneter Materialien für optische Anwendungen ist dabei ein entscheidender Schritt auf dem Weg zum optimalen System. Das Fraunhofer IOF besitzt umfangreiche Erfahrungen in der Analyse und Auswahl geeigneter hochtransparenter Gläser und Thermoplaste für mikrooptische Komponenten. Ebenso ermöglicht die Nanostrukturtechnik die Entwicklung neuer Materialien für Optik und Photonik, wie bspw. photonische Kristalle und Metamaterialien.

Am Fraunhofer IPM liegen die Kompetenzen für Optikwerkstoffe vor allem im Bereich der Materialanalytik. Komponenten für die nichtlineare Optik und Lasertechnik sind oft hohen (Laser-)Lichtintensitäten ausgesetzt. Daher führen selbst sehr geringe Absorptionen, wie sie auch in hochreinen Materialien noch auftreten, zu lokalen Erwärmungen, zu Fehlfunktionen oder gar zur Zerstörung der Bauelemente. Die Detektion dieser geringen Absorptionen bereits vor einem Einsatz der Komponenten erfordert extrem empfindliche Messverfahren.

Neben den Arbeiten zu optisch-nichtlinearen Werkstoffen werden am Fraunhofer IPM thermoelektrische Werkstoffe und magneto- und elektrokalorische Materialien entwickelt und untersucht. Der Einsatz thermoelektrischer Generatoren zur Stromgewinnung aus Abwärme in Feuerungsanlagen, Industrieprozessen oder im Automobil erfordert beispielsweise neuartige Hochtemperatur-Materialien. Aber auch für die Hochleistungskühlung sind effizientere Materialien gefragt. Gelingt es die Materialgüte deutlich zu steigern, besteht die Möglichkeit der Kühlung in sehr großem Maßstab bis hin zu einem thermoelektrisch, betriebenen Kühlschrank.  

Auf Basis des magneto- oder elektrokalorischen Effekts lassen sich besonders energieeffiziente Kühlsysteme entwickeln, die ganz ohne Kältemittel auskommen. Bestimmte Materialien erwärmen sich bei Einwirkung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes und kühlen sich bei Entfernen des Feldes wieder ab. Damit lässt sich ein effektiver Kühlzyklus realisieren.