Forschung im Streiflicht – unsere Highlights 2015

Das Fraunhofer IAF blickt zurück auf ein ereignisreiches Jahr voller richtungsweisender Entwicklungen, basierend auf modernen Halbleitertechnologien und den innovativen Forschungsansätzen unserer Wissenschaftler. Wie Diamant gezüchtet werden kann, Mobilfunk noch leistungsfähiger werden kann und wie Laserlicht unseren Alltag sicherer macht, beleuchten wir mit den Highlights des Forschungsjahres 2015 im Streiflicht:

Meetingpoint Infrarot

Vom 3. – 4. März bot das Fraunhofer IAF mit dem »Freiburg Infrarot-Kolloquium« bereits zum 42. Mal ein Forum für Forscher, Ingenieure und Anwender der Infrarot-Technologie. Die rund 100 internationalen Infrarot-Experten diskutierten neueste Entwicklungen für Anwendungsbereiche wie Sicherheits-, Medizin- oder Umwelttechnik. Vorgestellt wurden beispielsweise neue bildgebende Systeme im kurzwelligen Infrarot-Bereich (SWIR) für Sicherheits- und Raumfahrtsanwendungen, sowie neue Möglichkeiten für die medizinische Diagnostik anhand spektroskopischer Messungen mit Quantenkaskadenlasern, die im infraroten Bereich selbst menschliche Haut, Körperflüssigkeiten und Gewebe analysieren können.

Leistungszentrum Nachhaltigkeit

Seit Beginn des Jahres arbeiten Wissenschaftler der fünf Freiburger Fraunhofer-Institute und der Universität Freiburg gemeinsam mit Partnern aus der Industrie an der Entwicklung neuer Lösungen für den nachhaltigen Umgang mit Energie, Klima und Ressourcen in der Zukunft: am 6. März ging das »Leistungszentrum Nachhaltigkeit« mit sechs Pilotprojekten an den Start: Natur-, Geistes- und Wirtschaftswissenschaftler arbeiten an der Weiterentwicklung von Energiesystemen, nachhaltigen Werkstoffen, und dem gesellschaftlichen Umgang mit lokalen und globalen Veränderungen. Mit dem Projekt »SusLight« treibt das Fraunhofer IAF gemeinsam mit seinen Partnern die flächendeckende Verbreitung der ressourceneffizienten LED-Technologie voran. Die am Fraunhofer IAF entwickelte Treibertechnologie auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid ermöglicht eine doppelt so hohe Lichtleistung bei gleicher Baugröße wie bei herkömmlichen Leuchtmitteln, bei gleichzeitig höherer Energieeffizienz.

Kooperation für Industrie 4.0

Kooperation DHBW und IAF
© Fraunhofer IAF

Minister Dr. Nils Schmid sowie Prof. Reinhold R. Geilsdörfer, Präsident der DHBW, lassen sich auf der Hausmesse des Fraunhofer IAF aktuelle Forschungsprojekte erklären.

Anlässlich der neu gestarteten Kooperation zwischen der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Lörrach und dem Fraunhofer IAF, besuchte Baden-Württembergs Finanz- und Wirtschaftsminister Dr. Nils Schmid am 22. Mai das Fraunhofer IAF. Der Minister begrüßte den Zusammenschluss von Bildung, Forschung und Industrie, durch den Wissenschaftler, Auszubildende und Unternehmen der Region gemeinsam intelligente Sensorsysteme für Industrie 4.0 entwickeln wollen: »Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zu dem angestrebten Ziel der Landesregierung, Baden-Württemberg zum Leitanbieter für Industrie 4.0 zu machen«, sagte Minister Dr. Nils Schmid.

Wundermaterial Graphen

Als einer der Partner im »Graphene Flagship«, der größten Förderinitiative in der Geschichte der Europäischen Union, widmet sich das Fraunhofer IAF seit Beginn des Jahres dem Ziel, Graphen mittels chemischer Gasphasenabscheidung zu gewinnen und seine außergewöhnlichen theoretischen Eigenschaften für die Praxis nutzbar zu machen: Es ist das dünnste Material der Welt, stärker und leichter als Stahl, biegsam und umweltverträglich, dabei bemerkenswert leitfähig. Das Fraunhofer IAF verfolgt das Ziel, mit Graphen als nahezu masselose Elektrode piezoelektrische Resonatoren, wie sie in Bandpassfiltern von Smartphones eingesetzt werden, zu realisieren.

Mini-Laser für bessere Qualität

Quantenkaskadenlaser
© Fraunhofer IAF

Künftig lässt sich der Verlauf chemischer Reaktionen in Echtzeit verfolgen. Möglich macht es ein Quantenkaskadenlaser, der pro Sekunde 1000 Spektren aufnimmt. ,ECQCL, minituarisiert, MIR-Spektroskopie, durchstimmbar

Auf der weltweit größten Fachmesse für Lasertechnologie, der »Laser World of Photonics«, präsentierte das Fraunhofer IAF im Juni eine neu entwickelte Laserquelle in Aktion: Die neue Generation an Quantenkaskadenlasern (QCL) ermöglicht schnelle, präzise spektroskopische Messungen, die künftig aufwändige Laborverfahren ersetzen könnten. Durch die Kombination der Lasertechnologie des Fraunhofer IAF mit den mikromechanischen Gitterspiegeln des Fraunhofer IPMS ist die miniaturisierte Laserquelle in der Lage, durch die präzise Messung spezifischer Absorptionsbanden im infraroten Bereich Substanzen innerhalb von Millisekunden zu detektieren und analysieren. Eingesetzt in Produktionsprozessen ermöglicht der neue QCL kontinuierliche Überwachungen der Qualität stofflicher Zusammensetzungen im laufenden Prozess.

Diamantenfieber am Fraunhofer IAF

Ring mit Diamant
© Fraunhofer IAF

Die weltweite Diamant-Nachfrage steigt. Eine Alternative zu dem begehrten Rohstoff ist synthetisch hergestellter Diamant.

»Diamonds are a girl’s best friend« - dieser Slogan zog sich über das ganze Jahr 2015 durch die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer IAF. Denn am Fraunhofer IAF wurde ein weltweit einzigartiger Reaktor entwickelt, in dem mittels chemischer Gasphasenabscheidung einkristalline Diamanten synthetisch hergestellt werden können. Mit dem Reaktor ist es möglich, bis zu 600 Diamanten gleichzeitig zu wachsen. Die damit verfügbare große Stückzahl erlaubt es somit, die »man-made diamonds« nicht nur in industriellen Anwendungen, sondern erstmals auch als Schmucksteine einzusetzen. Auch für die Realisierung zukünftiger Komponenten für die Leistungselektronik, sowie für die Ermöglichung der Treibstoffgewinnung für alternative Energiesysteme haben die Forscher am Fraunhofer IAF neue Forschungs- und Entwicklungsprojekte gestartet.

Forschung zum Anfassen

Mitten in der Freiburger Innenstadt gelang dem Fraunhofer IAF im Juli der Brückenschlag zwischen Forschung und Gesellschaft: Beim »Freiburger Wissenschaftsmarkt« lockten anschauliche Exponate große Besucherzahlen an den Gemeinschaftsstand der fünf Freiburger Fraunhofer-Institute. Unter dem Motto »Forschung zum Anfassen« erfuhren die Besucher, warum dünne, am IAF erstellte Diamantscheiben feste Eisblöcke zerteilen können oder was hinter verschiedenfarbigen LED-Leuchten steckt.

Lasertechnologie für den Notfall

Gemeinsam mit den Projektpartnern der Swedish Defence Agency FOI erzeugten die Forscher des Fraunhofer IAF im September in Schweden ein realitätsnahes Szenario, um bei einem Einsatztest die Leistungsfähigkeit einer neu entwickelten Technologie erfolgreich zu demonstrieren: Ein Sprengstoff detoniert, es kommt zu einer Explosion, ein großer Bereich wird beschädigt – Rettungskräfte sind nun gefragt, für Aufklärung und Sicherheit zu sorgen. Das Fraunhofer IAF hat hierfür eine laserbasierte Sensortechnik entwickelt, die eine zuverlässige und schnelle Detektion von Sprengstoffen aus sicherem Abstand ermöglicht. Das Standoff-Detektionssystem basiert auf einem Quantenkaskadenlaser (QCL), der die charakteristischen Absorptionslinien chemischer Stoffe im infraroten Bereich schnell und exakt aus der Distanz identifizieren kann.

Fit für 5G – mit Galliumnitrid

Verleihung des Karl Heinz Beckurts-Preises an Prof. Oliver Ambacher durch die Geschäftsführerin des Helmholtz-Zentrums Berlin Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla.
© HZB / M. Setzpfandt

Verleihung des Karl Heinz Beckurts-Preises an Prof. Oliver Ambacher durch die Geschäftsführerin des Helmholtz-Zentrums Berlin Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla.

Am 8. Dezember wurde Institutsleiter Professor Dr. Oliver Ambacher, auf den Innovation Days in Berlin mit dem Karl Heinz Beckurts-Preis geehrt. Damit würdigte die Beckurts-Stiftung seinen Beitrag zur Entwicklung hocheffizienter Leistungsverstärker aus dem Halbleiter Galliumnitrid (GaN) für moderne Mobilfunk-Basisstationen. Mit GaN-Leistungsverstärkern kann allein in Deutschland die Effizienz des Mobilfunknetzes so deutlich erhöht werden, dass sich pro Jahr 1,5 Millionen Tonnen CO2 einsparen lassen. „Damit schöpfen wir nicht nur das Potenzial des aktuellen LTE-Standards bestmöglich aus, sondern schaffen die optimalen Voraussetzungen für die Einführung der nächsten, fünften Generation (5G) des Mobilfunknetzes im Jahr 2020«, erläutert Oliver Ambacher.

Auch im Jahr 2016 wird das Fraunhofer IAF seine Forschungsarbeiten am Puls der Zeit weiterentwickeln, um Lösungen für die Herausforderungen in den Bereichen Sicherheit, Energie, Kommunikation, Gesundheit und Mobilität zu erarbeiten.