Fokus auf Materialien: Wie Hybride Materialien die Industrie und die Umwelt stärken

Unsere ORMOCER^®-Systeme sind ein besonderes Beispiel für Hybridmaterialien – organisch-anorganische Hybridpolymere mit individuell anpassbaren Eigenschaften. Der Markenname steht für organisch modifizierte Keramiken (ORganically MOdified CEramics) und spiegelt die Tatsache wider, dass ORMOCER^®s die Eigenschaftsprofile von Keramiken und organischen Kunststoffen vereinen: Sie sind transparent, mechanisch robust, temperaturstabil (> 250 °C) und gleichzeitig funktional an unterschiedliche Anforderungen anpassbar. Sie kommen in vielen Produkten zum Einsatz – von Zahnfüllungen bis zu optischen Wellenleitern, von kratzfesten Beschichtungen auf optischen Linsen bis zu gasdichten Barrierebeschichtungen auf Verpackungen.

Übrigens: Auch die metallorganischen Gerüste (MOFs), die in diesem Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden, sind Hybridwerkstoffe. Wie der Name „metallorganisch“ schon sagt, vereinen MOFs die Eigenschaften zweier Werkstoffklassen, nämlich anorganischer Metalloxide und organischer Komponenten. Damit sind sie den ORMOCER^®s nicht unähnlich. Aufgrund der fast 100 metallischen Elemente im Periodensystem bieten sie eine Vielzahl von Strukturvarianten und damit Potenzial für unterschiedlichste Anwendungen. Das Fraunhofer ISC gratuliert den drei preisgekrönten Forschern Susumu Kitagawa, Omar M. Yaghi und Richard Robson zur Verleihung des Nobelpreises für Chemie 2025! Ihre visionäre Forschung zu metallorganischen Verbindungen hat nicht nur unser Verständnis der molekularen Selbstorganisation erweitert, sondern auch den Weg für innovative Anwendungen in den Bereichen Energie, Umwelt und Medizin geebnet.

Wenn Sie mehr über Hybridpolymere aus der ORMOCER^®-Klasse erfahren möchten, besuchen Sie bitte unsere Website.

Unsere Forschung:

Ein gutes Beispiel für ihr Potenzial für eine nachhaltigere Materialchemie ist das ZeroF-Projekt. Dort entwickeln wir mit ORMOCER^® PFAS-freie Beschichtungen für technische Textilien. Damit erzielen wir die gleiche wasserabweisende Wirkung, und auch bei der Öl- und Fettabweisung wurden enorme Fortschritte erzielt – und das alles ohne den Einsatz umweltschädlicher Fluorverbindungen.

Die Vorteile auf einen Blick:

• Langlebige, vielseitige Materialien
• Ressourcenschonende Produktion
• Sichere Alternativen zu PFAS

Erfahren Sie mehr auf der Website des ZeroF-Projekts.

Die Weiterentwicklung der ORMOCER^®-Systeme auf Basis nachwachsender Rohstoffe und mit einstellbarer Bioabbaubarkeit

Wie lassen sich nachhaltige Verpackungsmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen? Die Anforderungen hinsichtlich Haltbarkeit und Aromaschutz können mit einfachen Verpackungen aus Papier oder Biokunststoff nicht erfüllt werden. Das Verpackungsmaterial muss zusätzlich mit funktionellen Beschichtungen versehen werden. Zu diesem Zweck haben wir unsere ORMOCER^®-Systeme als bewährte Schutz- und Barrierebeschichtungen weiterentwickelt und mit einer kontrollierbaren biologischen Abbaubarkeit ausgestattet.

Zur Herstellung von bioORMOCER^®-Beschichtungen können biologische Materialien wie Chitosan, verschiedene Cellulosen oder Saccharide verwendet werden. Diese werden chemisch in die ORMOCER^®-Matrix integriert und an diese gebunden. Sie ermöglichen unter bestimmten äußeren Bedingungen den biologischen Abbau des Hybridmaterials, sogar im Gartenkompost. Diese Beschichtungen können nicht nur für nachhaltige Verpackungen verwendet werden. Wir können sie auch mit zusätzlichen Funktionalitäten wie Hydrophobie oder Kratzfestigkeit ausstatten, sodass sie auch in anderen Anwendungsbereichen nachhaltige Vorteile bieten – Beispiele hierfür finden Sie auf der Website des EU-Projekts InnPressMe, an dem wir mit unserer Materialentwicklungs- und Upscaling-Expertise beteiligt waren.

Vorteile auf einen Blick

• Verschiedene Eigenschaftsprofile möglich: Sauerstoff- und Aromabarrieren, Wasser- und Fettabweisung, Kratz- und Abriebfestigkeit, Glanz und Transparenz
• Anwendbar auf vielen Substratmaterialien (Papiere, verschiedene Kunststofffolien)
• Zeitsteuerbare biologische Abbaubarkeit
• Kompatibel mit anderen Beschichtungen
• Skalierbare Produktion
• Verarbeitung mit industriellen Beschichtungsverfahren

Mehr Informationen finden Sie auf unserer Website

Silikone sind vielseitige synthetische Polymere und zugleich Hybridmaterialien: Sie verbinden ein anorganisches „Gerüst“ auf Basis von Silizium-Sauerstoff-Bindungen mit organischen „Restgruppen“ und sind damit anorganisch-organische Hybridmaterialien mit Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit, chemischer Stabilität und hoher Elastizität.

Am Center Smart Materials and Adaptive Systems CeSMA am Fraunhofer ISC verwenden wir maßgeschneiderte Silikonformulierungen, beispielsweise als Vergussmassen für elektronische Bauteile. Sie bieten elektronischen Baugruppen einen dauerhaften und robusten Schutz vor störenden Umwelteinflüssen – dank maßgeschneiderter Additive mit unterschiedlichen zusätzlichen Funktionalitäten je nach Anwendung. Dies verhindert Bauteilausfälle und erhöht die Lebensdauer.

Ein besonders spannender Anwendungsbereich sind dielektrische Elastomersensoren (DES): elastische Sensoren, die Druck, Dehnung oder Kräfte messen – selbst wenn sie in bewegliche, dehnbare Strukturen eingebettet oder auf Textilien geklebt sind.

Das macht den Unterschied:

• Spezielle Silikone mit individuell angepassten Formulierungen
• Optimierte Verarbeitung
• Hohe Füllgrade ohne Elastizitätsverlust
• Umfassende Materialanalyse und -anpassung

Weitere Informationen finden Sie auf unserer

Website

oder wenden Sie sich direkt an unsere Spezialisten.

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Wenn extreme Bdingungen herrschen

Wenn Bauteile hohen Temperaturen, starken Belastungen oder aggressiven Umgebungen standhalten müssen, stoßen herkömmliche Werkstoffe oft an ihre Grenzen. Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe bieten hier dank ihrer hybriden Struktur eine Lösung:

• Geringes Gewicht und hohe Festigkeit
• Temperatur- und Verschleißfestigkeit
• Herstellung komplexer Geometrien mit minimaler Nachbearbeitung
• Reduzierter Materialverbrauch

In unserem Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL werden beispielsweise Verfahren entwickelt, mit denen sich hybride Metall-Keramik-Bauteile im 3D-Druck präzise und hocheffizient herstellen lassen. Ein aktuelles Beispiel ist das Projekt CS3 (Ceramic Sub Sea Systems), in dem dichte Karbid-Verbundteile für Offshore-Anwendungen hergestellt wurden.

Mit längeren Lebenszyklen, weniger Abfall und effizienteren Komponenten für Energie, Mobilität und Technologie bieten sie einen erheblichen Mehrwert für Industrie und Gesellschaft.

Bitte kontaktieren Sie uns für Machbarkeitsstudien und Prototypenentwicklung.

Weitere Informationen zu unseren Spezialsilikonen finden Sie auf unserer

Website

Gerne können Sie Dr. Ferdinand Somorowaksy direkt persönlich kontaktieren.

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Hybridmaterialien aus der Grundlagenforschung

Am Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese der Universität Würzburg, der eng mit dem Fraunhofer ISC verbunden ist, betreiben wir Grundlagenforschung für spätere Anwendungen. Nachhaltige Hybridmaterialien aus einer Hand – heute stellen wir zwei neue Publikationen des Lehrstuhls zu diesem Thema vor.

Wie lassen sich organische Farbstoffe und anorganische Komponenten in einem einzigen Schritt zu funktionalen Hybridmaterialien kombinieren?

Zwei aktuelle Publikationen aus der Forschungsgruppe von Prof. Miriam Unterlass (Direktorin des ISC) zeigen, wie dies erreicht werden kann – und zwar auf durchgängig nachhaltige Weise. In einer Studie werden Perylenbisimid-basierte Silica-Hybride mittels einer rein wasserbasierten hydrothermalen Synthese hergestellt, die Materialien mit lösungsähnlicher Fluoreszenz und photokatalytischer Aktivität hervorbringt. Die zweite Studie nutzt die solvothermische Synthese in überhitztem Isopropanol, um Pigment@TiO₂-Hybride mit kovalent gebundenen Komponenten und vielversprechenden Eigenschaften als Elektrodenmaterialien für Batterien herzustellen.

Beide Ansätze zeigen eindrucksvoll, wie die gezielte Kombination von grüner Chemie und Materialdesign zur Entwicklung maßgeschneiderter, leistungsstarker Hybridmaterialien genutzt werden kann – ein wichtiger Schritt hin zu nachhaltigen Funktionsmaterialien.