Nachrichten zum Thema Materialforschung

Ein Prototyp der optimierten, mehrschichtigen Perowskit-Solarzelle mit über 21 Prozent Wirkungsgrad und einer Leerlaufspannung von 1,21 Volt.

Höhere Spannung aus Perowskit-Solarzellen

Optimierter Produktionsprozess verringert die Anzahl ungenutzer, rekombinierter Ladungsträger – Tandemzelle mit Rekordwirkungsgrad
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Prototyp eines weichen Magnetroboters aus dem 3D-Drucker. In der flexiblen Gummimischung werden magnetische, gezielt ausgerichtete Mikropartikel von einem äußeren Magnetfeld entweder angezogen oder abgestoßen.

Kriechende Magnet-Roboter aus dem 3D-Drucker

Exakte Kontrolle über magnetische Mikropartikel ermöglicht komplexe Bewegungen wie Greifen, Kriechen und Springen
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Ein transparenter Zinksulfid-Kristall (li.) lässt sich im Dunkeln plastisch zu einem gelblichen Kristall (re.) verformen. Unter weißem Licht dagegen zerbröselt (Mitte) er bereits unter geringer Druckbelastung.

Spröde Kristalle werden im Dunkeln verformbar

Eigentlich brüchige Halbleiterkristalle lassen sich in Dunkelheit verblüffend stark zusammendrücken
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Aufnahmen mit dem Elektronenmikroskop offenbaren die filigranen, faserförmigen Nanostrukturen aus weichem Kollagen und harten Apatit-Kristallen in menschlichen Oberschenkelknochen.

Nanostruktur menschlicher Knochen entschlüsselt

Mikroskop-Aufnahmen zeigen fraktalähnlichen Aufbau mit zwölf Hierarchiestufen - Grundlage für neue bionische Werkstoffe
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Wüstensand kann drei verschiedene Strukturen ausbilden: Rippel, Megarippel und große Dünen

Rätsel um Zwergdünen gelüftet

Physiker entwickeln schlüssiges Modell für die Entstehung seltener Megarippel-Strukturen im Wüstensand
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Schema des flexo-photovoltaischen Effekts, der dank einer Änderung der Kristallstruktur unter einer Druckbelastung in Halbleitern wie etwa Silizium auftritt.

Druck macht Solarzellen effizienter

Auf der Nanoebene verformte Halbleiter zeigen einen zusätzlichen photovoltaischen Stromfluss
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Winzige Nanonadeln aus Diamant verbiegen sich unter Druck um bis zu neun Prozent. Diese überraschende Flexibilität könnte so einer neuen Klasse von Sensoren führen.

Flexible Diamanten

Nanonadeln aus dem extrem stabilen kristallinen Material lassen sich biegen wie Gummi
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Aufbau eines pyroelektrischen Minikraftwerks mit einer ferroelektrischen Heterostruktur auf Bleititanat-Basis, das aus Abwärme Strom erzeugt.

Pyroelektrisches Kraftwerk gewinnt Strom aus Abwärme

Prototyp belegt, dass schon ein kleiner Temperaturanstieg genügt, um elektrischen Strom zu erzeugen
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Diese Grafik zeigt die Kristallstruktur des biegsamen, anorganischen Halbleiters Silbersulfid.

Biegsame Halbleiter

Im Unterschied zu allen anderen anorganischen Halbleitern lässt sich Silbersulfid verformen wie ein Metall
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Grafik eines supraleitenden Sandwichs aus zwei Graphenschichten, die um einen „magischen Winkel“ von etwa 1,3 ° zueinander verdreht sind.

Erster Supraleiter aus Kohlenstoff

Zweidimensionale Graphen-Schichten zeigen unkonventionelle Supraleitung – Eignung für Quantencomputer möglich
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Chemisch ausgewaschenes und verkohltes Balsaholz bildet ein extrem leichtes Holzschwamm-Material, dass sogar von den Härchen einer Pusteblume getragen werden kann.

Wie sich Holz zum Schwamm verwandelt

Chemisch behandeltes Balsaholz bildet einen extrem leichten Werkstoff, der sich reversibel zusammenpressen lässt
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An eine Maultasche erinnert dieser mit einer hauchdünnen Plastikfolie umhüllte Öltropfen.

Perfekt verpackte Tropfen

Mit einem neuen Verfahren können Flüssigkeiten sehr schnell mit extrem dünnen Hüllen verkapselt werden
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Ein Stück verdichtetes Holz liegt auf einem noch unbehandelten, dickeren Rohling. In den Bechergläsern befindet sich die heiße Lösung, mit der Lignin und Zellulose aus dem Holz herausgelöst wurde.

Verdichtetes Holz fest wie Stahl

Neues Verfahren steigert Stabilität des natürlichen Baustoffs drastisch. Günstige Alternative zu Stahl und Karbonfaser-Werkstoffen.
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Selbstheilend und hart zugleich: Funktionelle Schicht nach dem Vorbild der menschlichen Haut unter dem Elektronenmikroskop.

Selbstheilend wie Haut, hart wie Zahnschmelz

Vielseitig nutzbares Kompositmaterial imitiert die Schichtstruktur von menschlicher Haut
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Prinzip von sich auf Wunsch verdunkelnden Fenstern, die zugleich Solarstrom erzeugen können.

Fensterscheiben erzeugen Strom

Hauchdünne Kristallschichten verdunkeln das Glas auf Wunsch und verwandeln es zur Solarzelle
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Illustration eines nanoskaligen Roboterarms aus DNA-Molekülen.

Nanoroboter aus DNA-Molekülen

Elektrische Felder ermöglichen schnelle, kontrollierte Bewegungen der Erbgutstränge
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Mechanisches Modell für einen topologischen Isolator: Mit Federn verknüpfte rotierende Kreisel zeigen eine umlaufende Welle trudelnder Kreisel.

Rotierende Kreisel weisen Weg zu neuer Materialklasse

Grundlagenexperiment könnte zu topologischen Isolatoren aus ungeordneter Materie führen
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Aufnahme einer turbulenten Strömung (oben): Nach einer gezielten Störung mit einem Propeller (2.v oben), konnte sich eine laminare Strömung (beide unten) ohne Turbulenzen stabilisieren.

Turbulent gegen Turbulenzen

Neue Methode reduziert Energiebedarf zum Pumpen von Flüssigkeiten durch Pipelines drastisch
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