Am 23. April 2026 ist der Metallwissenschaftler Professor Claus Feldmann am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf dem Weg, durch seine Forschung eine der größten Herausforderungen in der Materialwissenschaft zu meistern. Seine Arbeit konzentriert sich auf die Kombination von Metallen, die sich bisher nicht mischen lassen, unter Verwendung von Nanopartikeln. Das ambitionierte Projekt, das den Titel „Nanopartikel als Shuttles zur Legierung nicht-mischbarer unedler Metalle“ trägt, wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 750.000 Euro über fünf Jahre als Reinhart Koselleck-Projekt gefördert, und soll am 1. Juni 2026 starten.
Feldmann und sein Team zielen darauf ab, neuartige Legierungen zu entwickeln, die durch den Einsatz von Nanopartikeln als Bindeglied zwischen nicht mischbaren Metallen hergestellt werden können. Dies könnte bahnbrechende Anwendungen in Zukunftstechnologien finden, insbesondere in Bereichen wie Energie, Elektronik, Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt. Professor Oliver Kraft, Vizepräsident des KIT, hebt die zentrale Rolle metallischer Werkstoffe für die technologische Zukunft hervor.
Die Herausforderung der Mischbarkeit
In seiner Forschung beschäftigt sich Feldmann mit der Tatsache, dass 80 Prozent aller bekannten chemischen Elemente Metalle sind, die hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit sowie plastische Verformbarkeit aufweisen. Manche Metalle jedoch, wie Leichtmetalle und Hartmetalle, sind in fester Phase nicht mischbar und bilden keine stabilen Bimetalle. Leichtmetalle sind dabei weich und reaktionsfreudig, während Hartmetalle hart und reaktionsträge sind.
Um die Probleme dieser Mischbarkeit zu überwinden, nutzt Feldmann Nanopartikel und schnelle chemische Reaktionen in flüssiger Phase. Diese innovativen Methoden ermöglichen eine gleichmäßige Verteilung der Metalle und eine chemische Reaktion, die weniger als eine Sekunde in Anspruch nimmt, wodurch eine Separation der Nanopartikel vermieden wird. Die Vorarbeiten zur Etablierung neuer Bimetalle eröffnen die Möglichkeit, Materialien mit Eigenschaften zu schaffen, die sich von herkömmlichen Monometallen unterscheiden.
Anwendungen und Fortschritte in der Materialwissenschaft
Das Projekt wird auch neue Bimetalle untersuchen, die ungewöhnliche Eigenschaften aufweisen und in der Lage sind, die Entwicklung von metallischen Gläsern, Katalysatoren und Hochentropiematerialien voranzutreiben. Diese Entwicklungen könnten sowohl praktische Anwendungen in der Industrie als auch bedeutende Fortschritte in der Grundlagenforschung ermöglichen.
Ein weiterer Aspekt der Materialienforschung am KIT ist die Abteilung für nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien, die sich mit der Verbesserung von Energieumwandlung, -speicherung und mechanischer Leistungsfähigkeit beschäftigt. Diese Abteilung legt besonderen Fokus auf funktionale Nanopartikel, Hybridmaterialien und Beschichtungen, die für Anwendungen in der Elektrokatalyse und Chemi-Katalyse von Bedeutung sind.
Feldmanns Forschung ist ein integrativer Teil eines größeren Trends in der Materialwissenschaft, der sich auch mit der Relevanz für Defossilisierung und Recycling auseinandersetzt. Dabei wird eine enge Verbindung zwischen Synthese, Analytik und Anwendungstechnik angestrebt. Dies umfasst sowohl Lösungen für den Labormaßstab als auch für industrielle Prozesse, den sogenannten „from lab to fab“-Ansatz.
Angesichts der zunehmenden Herausforderungen in der Energieversorgung und der Notwendigkeit von nachhaltigen Lösungen in der Kreislaufwirtschaft werden Forschung und Entwicklung neuer Materialien und Technologien immer wichtiger und könnten entscheidend zur Realisierung leistungsfähiger Materialsysteme beitragen.