Zhang, Hongbin

Materialwissenschaften

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Die Herausforderung:

Nach der „Theory of Magnetic Materials“ können rund 22 Millionen unterschiedliche Materialien produziert werden, von denen heute weniger als 1 Prozent bekannt sind. Wie können Forscher bei dieser Menge einen Überblick behalten?

Aus der Diskussion:

Im Zuge der Energiewende werden neue Technologien zur Energietransformation benötigt. Diese benötigen bisher kaum oder nicht bekannte Materialien, weshalb die Energiewende auch eine Materialwende ist. Beispielsweise werden für Super-Computer Materialien benötigt, die bestimmte Kriterien erfüllen müssen. In der Vergangenheit fehlte es an einer Übersicht, anhand derer man erkennen konnte, welche Materialien diese Kriterien erfüllen können. Dies soll sich mit dem vorgestellten Forschungsprojekt ändern. Die meisten Materialien, die hierfür benötigt werden, bestehen aus einer Mischung von zwei oder drei Elementen des PSE. Damit die Materialien magnetische Eigenschaften besitzen, müssen sie mindestens eines der magnetischen Elemente Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel enthalten. Theoretisch sind rund eine Millionen Zusammensetzungen möglich, von denen nur 10.000 erforscht oder genutzt werden. Dass die Zahl der bekannten Materialien so niedrig ist, hat ihren Ursprung zum einen darin, dass viele Materialkombinationen flüchtig sind, und zum anderen darin, dass der Bedarf zur Erforschung neuer Materialien in der Vergangenheit nicht gegeben war. Durch die Energiewende und die Digitalisierung steigt der Bedarf nach günstigen und ressourcenarmen magnetischen Materialen stark an. Bereits bekannte Materialien bestehen häufig aus sogenannten. Seltenen Erden, also Elementen mit sehr geringem Vorkommen. Diese sind deswegen teuer und gleichzeitig „Konfliktmineralien“. Da die Preise für bekannte Materialen sehr hoch sind, die Rohstoffvorkommen begrenzt sind, überdies die Nutzung von Konfliktmineralien verringert werden soll, trägt die Forschung nach neuen Materialen dazu bei, Substitute zu finden, die diese Problematiken umgehen. Um die Eigenschaften der Materialien zu erforschen, werden Computermodelle genutzt.

Perspektiven:

Die Forschung von neuen Magnetic Materials kann einen erheblichen Beitrag dazu leisten, Substitute für Seltene Erden zu finden, mit denen die Energiewende effizienter realisiert werden kann.