Ab 1. Juli 2012 übernimmt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Federführung bei zwei neuen Helmholtz-Virtuellen-Instituten: „Gedruckte Elektronik auf der Basis von Anorganischen Nanomaterialien: Vom Atom über funktionelle Komponenten bis zum Bauteil“ und „DESERVE: Prozessstudien zum Erdsystem unter den einzigartigen Bedingungen des Toten Meeres“. In den Virtuellen Instituten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Helmholtz-Zentren und Universitäten im In- und Ausland gemeinsam an strategischen Forschungsvorhaben.
Ziel des Virtuellen Instituts „Gedruckte Elektronik auf der Basis von Anorganischen Nanomaterialien: Vom Atom über funktionelle Komponenten zum Bauteil‘’ ist es, fachübergreifend Konzepte zur Herstellung kommerziell interessanter gedruckter Schaltungen zu entwickeln. Gedruckte Elektronik beruht auf der Herstellung elektronischer Bauteile mit Standarddruckverfahren, wie Tintenstrahldruck oder Rolle-zu-Rolle Druck. „Vorteile der druckbaren Elektronik aus anorganischen Partikeln sind die hohe theoretische Beweglichkeit der Ladungsträger sowie die Stabilität der Materialien“, sagt Professor Horst Hahn, Leiter des Instituts für Nanotechnologie am KIT und Sprecher des Virtuellen Instituts. Bislang ist die Verarbeitung der anorganischen Materialien noch sehr komplex. So benötigt sie hohe Temperaturen, preisgünstige Träger für druckbare Elektronik wie Papier und Polymere eignen sich damit nicht. Um diese Einschränkungen zu überwinden, verfolgen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwei neue Konzepte zur Steuerung (Gating) für Transistoren: zum einen mit festen Kompositelektrolyten und anorganischen Nano-Strukturen als aktive Schichten (3-dimensionales Steuern), zum anderen mit einem Hybridsystem aus organischen und anorganischen Strukturen. Ziel ist es, neue Materialien und die elektronischen Komponenten zu entwickeln sowie deren Funktionalität und Stabilität zu bestimmen – dabei geht es auch um wirtschaftliche Aspekte und die technische Machbarkeit. Am Virtuellen Institut beteiligt sind die TU Darmstadt, die Universität Duisburg-Essen, die ETH Zürich sowie das Lawrence Livermore National Laboratory in den USA. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert das Vorhaben mit circa 2,7 Millionen Euro.
Freiluftlabor Totes Meer: pro Jahr sinkt der
Meeresspiegel um einen Meter (Foto: Ulrich Corsmeier)
Federführend ist das KIT auch beim Virtuellen Institut „DESERVE: Prozessstudien zum Erdsystem unter den einzigartigen Bedingungen des Toten Meeres“, das Atmosphären- und Klimaforschung mit Erdwissenschaften und Wasserforschung kombiniert. „Das Tote Meer dient uns dabei als ‚Freiluftlabor‘ – in einem weltweit einzigartigen Natur- und Kulturraum, an dem wir einen schnellen Umweltwandel mit langfristiger Wirkung nachvollziehen können“, sagt Professor Christoph Kottmeier, Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung – Forschungsbereich Troposphäre am KIT und Sprecher des Virtuellen Instituts. „Die Erkenntnisse, die wir dort über den Klima- und Umweltwandel gewinnen, sind auch auf andere Regionen übertragbar, in denen die Abläufe langsamer sind oder nicht mit so großer Wucht eingesetzt haben“. DESERVE befasst sich mit drei großen Herausforderungen: Umweltrisiken, Wasserverfügbarkeit und Klimawandel. Zum einen geht es um ein besseres Verständnis der Entstehung geophysikalischer Phänomene wie Einsturzlöcher (Sinkholes) oder ausgetrockneten Flussläufen (Wadis) mit gelegentlichen Sturzfluten (Flash Floods) durch Gewitter. Zweites großes Thema ist der Wasserhaushalt der Region, beispielweise Wasserverfügbarkeit und -versalzung sowie deren Auswirkungen auf die Wüstenbildung. Die Untersuchungen sollen Entwicklungsprognosen für die nächsten zehn bis 50 Jahre ermöglichen. Grundlage dafür sind Langzeitmessungen geophysikalischer Parameter wie Verdunstung, Zuflüsse und Erdkrustenbewegung. Detailstudien wechselwirkender Prozesse in Atmosphäre (Luft), Hydrosphäre (Wasser) und Lithosphäre (Boden) sowie Simulationen zur Vorhersage und Abwehr geophysikalischer Risiken sollen dabei entwickelt werden. DESERVE baut auf die Helmholtz-Expertise in den Disziplinen „Atmosphäre und Klima“, „Erdkruste“ und „Wasser“ am KIT, dem Deutschen GeoForschungszentrum Potsdam (GFZ) und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) auf. Weiterer Schwerpunkt ist die Förderung und Ausbildung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, unter anderem mit Mentoring-Programmen sowie der Förderung von Start-Ups. Beteiligt sind außerdem Partner-Einrichtungen aus Israel, Jordanien, palästinensischen Gebieten und Deutschland. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert DESERVE in den nächsten fünf Jahren mit circa drei Millionen Euro.
Energiebilanz: Stationen zur Strahlungs- und
Verdunstungsmessung (Foto: Ulrich Corsmeier)
Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert ab 1. Juli 2012 insgesamt elf neue Helmholtz-Virtuelle-Institute mit 30 Millionen Euro. Darin forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Helmholtz-Zentren mit Partnern aus Universitäten und anderen renommierten Forschungsinstituten aus dem In- und Ausland an einem gemeinsamen Thema. Die Virtuellen Institute werden mit jährlich bis zu 600.000 Euro über drei bis fünf Jahre aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds gefördert, dazu kommen Eigenmittel der Zentren, so dass die Forschungsvorhaben insgesamt mit bis zu 900.000 Euro jährlich finanziert werden können.
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.