Deep Dive Bayreuth #6 Der triboelektrische Effekt

00:00:04:

00:00:14: Hallo und herzlich Willkommen zu Deep Dive Bayreuth.

00:00:18: Heute schon Folge Nummer sechs unseres Podcasts, der unter die Oberfläche der Forschung an der Uni bayreuth schaut.

00:00:25: dabei sitzt mir heute eine junge Frau gegenüber.

00:00:29: Die kommt aus einem Bereich von dem habe ich ja vorher noch gar nichts gehört.

00:00:35: Um was geht es heute eigentlich?

00:00:37: Es geht um triboelektrische Nanogeneratoren, beziehungsweise wie ich an tribo- elektrischen Nanogeneratoren forsche.

00:00:44: Okay dann müssen wir natürlich direkt mal nachhaken!

00:00:47: Was genau sind denn triboelektrische nanogenerantoren?

00:00:51: Das sind quasi kleine Geräte die Strom erzeugen können und die nutzen den triboelektrischen Effekt.

00:00:57: das ist ein Effekt den kennt jeder im Alltag auch.

00:00:59: da fällt eher negativ auf wenn man zum Beispiel einen Wollpulianat im Winter unter den Türklinkeranfass und einen Stromschlag bekommt.

00:01:06: Das ist quasi der Effekt, der da genutzt wird.

00:01:09: Okay!

00:01:09: Und damit forscht ihr also hier bei uns an der Uni Bayreuth?

00:01:12: Da würde ich ja mal gespannt was wir heute alles erfahren werden.

00:01:15: Dann würde ich jetzt einfach gerne wissen wer sitzt mir eigentlich gegenüber?

00:01:19: Ich bin Annika Hilgert, ich bin achtundzwanzig Jahre alt und arbeite seit eineinhalb Jahren am Lehrstil für Konstruktionslehre und CED in bayreuth.

00:01:27: Was hast du vorher so gemacht?

00:01:29: Hast sie hier studiert?

00:01:30: Ich komme ursprünglich auch aus Bayreuth, also eigentlich aus Eckersdorf.

00:01:33: Ich war hier in der Schule und habe auch hier in den Uni studiert – und zwar Automote von Mechatronik.

00:01:38: Da bist du wahrscheinlich nicht unbedingt unter vielen Frauen gewesen?

00:01:42: Nee das waren hohe Männeranteile!

00:01:44: Aber es hat dich offensichtlich nicht davon abgehalten, das Studium weiterzuführen.

00:01:48: und jetzt sitzt da eine Dissertation

00:01:50: richtig?!

00:01:51: Genau ja!

00:01:52: In dem Bereich triboelektrische Nanogeneratoren?

00:01:55: Ja, das ist so.

00:01:55: der eine Teil und der andere Teil sind noch Beschichtungen für... Ja, auch technische Anwendungen.

00:02:01: Okay dann würde ich ja sagen starten wir mal rein ins Thema was genau machst du denn in deiner Forschung mit diesen kleinen Generatoren?

00:02:09: Also das Problem bei den Generatorn ist also man darf sich nicht vorstellen wie so ein Generator im Kraftwerk sondern da kommen Ströme vielleicht im Nano oder Mikro am Pärbereich raus eben etwas was man jetzt nicht zum Handy laden nutzen kann aber um Sensoren bestrom zu versorgen.

00:02:23: Und bei den Nanogeneratoren tritt Verschleiß auf, weil da quasi zwei Oberflächen gegeneinander reiben und wir versuchen eben mit Beschichtungen den Verschlei zu reduzieren.

00:02:32: Das heißt der Einsatzbereich von diesen Generatoren mit von denen er sprecht ist in dem Bereich wo man eigentlich gar nicht sieht, weil es so klein ist.

00:02:40: Wie gesagt das Handys kann man damit nicht laden.

00:02:42: für was wird die denn benutzt?

00:02:44: Also die Nanoggeneratoren an sich heißen Nanogernatoren, weil sie eben einen sehr kleinen Strom produzieren.

00:02:49: Sie können aber bis zu Quadratmeter groß sein also auch eine sehr große Fläche haben.

00:02:54: Und die kann man eben nutzen, um zum Beispiel Sensoren mit Strom zu versorgen, die eben nur einen geringen Strom benötigen, um keine externe Nähversorgung zu brauchen oder eben auch die Generatoren an sich als Sensor zu verwenden und das eben durch sensorische Beschichtungen.

00:03:09: Sind das Dinge wo man keine Batterie wechseln kann weil sie irgendwo verbaut sind?

00:03:13: Oder wie?

00:03:14: so nimmt man dann sowas?

00:03:15: Genau entweder sowas oder wo man eben keine Probenverbindung herbekommen kann.

00:03:20: Man kann sie eben auch eigentlich überall verwenden, wo Schwingungen auftreten um dort ein Sensor zu verbauen.

00:03:26: Sagst du das Beispiel Pullover ausziehen und dass diese Reibung die da entsteht?

00:03:32: Und dann kriegt man Stromschlag genannt.

00:03:34: wie erzeugt ihr das denn in der Uni oder am Labor?

00:03:38: Das ist ja dann wahrscheinlich nicht durch den Pullover.

00:03:40: Genau so.

00:03:40: gerade haben wir einen Prüfstand den mein Projektpartner entwickelt hat, wo eben durch den Motor die Bewegung erzeugen wird.

00:03:46: aber natürlich soll Irgendwann in der realen Welt, sag ich mal.

00:03:51: Das Ganze dann einfach durch Vibration oder Spingungen erzeugt werden.

00:03:55: Vibrationen vom Umfeld des Generators?

00:03:58: Genau entweder zum Beispiel im Auto da hat man ja auch die ganze Vibression.

00:04:02: Oder man kann es auch ins Schuhsohlen einbauen und hat man auch die ganzen Zeiten mehr oder weniger eine Relativ-Bewegung hinter Sohle

00:04:09: Und für was für eine Art von Sensoren kann das denn genutzt werden?

00:04:13: Eigentlich alles also man könnte z.B.

00:04:15: das für Variables benutzen.

00:04:17: Was für genau sind denn Variables?

00:04:19: Ja, also Variable im Sinne von Uhr oder einfach... Man könnte auch einen solchen Schritt-Sensor damit betreiben.

00:04:24: Der in der Schulsohle integriert ist und keine Batterie braucht.

00:04:27: So was zum Beispiel.

00:04:28: Spannend!

00:04:29: Also dass man quasi Schritte zählt über die Schuhe, die man trägt und nicht über eine Uhr.

00:04:33: Genau.

00:04:33: Ziel von eurem Forschungsprojekt ist jetzt was genau dann?

00:04:37: Eigentlich die Entwicklung von Schichten, die den Verschleiß reduzieren bei Nanogeneratoren.

00:04:42: Das heißt also nicht die Generatoren an sich sondern die Optimierung davon?

00:04:47: Genau.

00:04:47: Was für eine Art von Schichten verwendet ihr denn da oder mit welchen probiert ihr denn das aus?

00:04:52: Also aktuell benutzen wir noch diamant-ähnliche Kohlenstoffschichten, die kann man sich vorstellen wie eine Mischung aus Grafit und Diamant.

00:04:59: also Grafit ist ja sehr weich wird auch als Schmiermittel verwendete und Diamante ist eben sehr hart Und die diamant eigentlichen Kohlenschicht auch kurz DLC.

00:05:09: schichten sind eben Mischungen daraus und in jeder dem wie man das Verhältnis einschallt kann man eben auch die Eigenschaften der Schicht steuern.

00:05:15: Um

00:05:15: was genau beschäftigt dich dann in deine Dissertation?

00:05:19: Mehr oder weniger die Schichtentwicklung, also wie wir die Schichten noch optimieren können damit sie eben für die Nanogenautoren passen.

00:05:26: Damit wir da möglichst lange Lebensdauen erzielen können und auch ein möglichst hohes Stromsignal erzilen können.

00:05:32: Ist das dann ein Ausprobieren oder ein Ausrechnen von verschiedenen Zusammensetzungen?

00:05:38: Derzeit ist es noch ein Aus probieren weil leider auch der Stand der Forschung allgemein bei den Nanogeneratoren nicht sehr gut ist.

00:05:46: Also man weiß, dass der Effekt da ist und man weiß auch das es funktioniert.

00:05:50: aber leider ist so das Grundprinzip dahinter noch nicht zu hundert Prozent verstanden.

00:05:55: also man kann doch nicht genau vorhersagen, dass wenn man jetzt die Materialien nimmt mit der Oberfläche, dass dann genau das rauskommt.

00:06:01: Und was bringt das?

00:06:04: Es ist ja quasi eine Energiequelle.

00:06:06: Es wird zwar jetzt kein Atomkraftwerk ersetzen können, weil es eben nicht so hohe Leistungen erzielt.

00:06:11: Aber man kann zum Beispiel an Orten einbauen wo entweder keine Batterien verfügbar sind oder wo man auch nach dem Verbauen von einem Sensor einfach keine Batterie mehr einsetzen kann oder tauschen kann.

00:06:20: überall wo es einen Sohn verbaut ist und im Auto sind ja mittlerweile immer mehr Sensoren auch Temperatur-Sensoren oder Drehzahlsensoren eigentlich alles mögliche.

00:06:29: in der Haut könnte man z.B.

00:06:30: auch einen Hauttemperatursensor verwenden.

00:06:33: Ach und das ist spannend?

00:06:36: Als ich meine Masterarbeit geschrieben habe, die hab' ich auch an dem Lehrstuhl geschrieben wo ich jetzt arbeite.

00:06:40: Da habe ich gesehen dass gerade dieses Projekt ausgeschrieben war und ich hatte eigentlich nie vorzu promovieren am Herzen der Uni sehr gut gefallen.

00:06:46: und dann habe ich das Projekt gesehen und dachte mir es klang interessant weil so eine Kombination ist aus Elektrotechnik Maschinenbau und Materialwissenschaft.

00:06:53: Und jetzt hast du gesagt ein ausgeschriebenes Projekt?

00:06:55: Ist also ein Teil von einem großen Projekt deine Dissertation oder bist du quasi das Projekt?

00:07:03: Also ich habe noch zwei Projektpartner, das ist ein DFG-Projekt.

00:07:07: Das ist auch ein Grundlagenforschungsprojekt und ich hab noch einen Projektpartener der arbeitet am Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik hier an der Uni und einen Projekt Partner in Chile tatsächlich.

00:07:16: In Chile?

00:07:17: Liegt ihr mal nach Chile vielleicht?

00:07:19: Wir waren letztes Jahr im August in Chile für ein Projekttreffen und eben um dort die Menschen kennenzulernen, auch die Labore zu sehen wie da gearbeitet wird.

00:07:27: und ansonsten treffen wir uns über Teams.

00:07:29: aber es geht mit der Zeitverschiebung schon, das sind sechs Stunden, das passt schon!

00:07:33: Bist du dann eher die Nachtäule oder fängst du sehr früh an?

00:07:36: Ich bin eher Morgenmensch.

00:07:37: Also ich stehe lieber früh auf, wenn es noch alles rückt man hat seine Ruhe und dann gehe ich lieber früh schlafen.

00:07:44: Und wie war das denn in Chile zu sehen, wie die so arbeiten?

00:07:47: ist das viel anders als bei uns oder ist es im wissenschaftlichen Bereich einfach doch das Gleiche nur auf einer anderen Sprache?

00:07:55: Ich würde mal sagen dass wir in Deutschland wahrscheinlich mehr Sicherheitsvorschriften haben.

00:08:00: Also wir uns dürfen keine Gasflaschen zum Beispiel im Labor rumstehen, die standen da halt einfach um.

00:08:06: Das ist in Deutschland wahrscheinlich ein bisschen sicherer aber ansonsten haben die teilweise auch ja... ...die gleichen Geräte, die wir hier auch haben.

00:08:14: also können sie eigentlich auch genauso forschen.

00:08:16: Es ist bloß meinte mein Projektpartner auch manchmal das Problem an Materialien zu kommen Die eben sehr spezifisch sind da, die sind teilweise dort sehr teuer oder Sie müssen eben sehr lang drauf warten.

00:08:25: Welche Projekteile übernimmt dann Chile?

00:08:29: Du hast gesagt, du hast ja hier bei uns einen Projektpartner und dort einen.

00:08:33: Was fügt ihr denn wie zusammen?

00:08:35: Also mein Teil ist größtenteils die Entwicklung der diamant-ähnlichen Kohlenstoffschichten, die dann eben von meinem Projektpartners hier in Beirut getestet werden.

00:08:44: Und der Projektpartener in Chile stellt andere Schichten her – die heißen Mexine.

00:08:50: Das sind mehr oder weniger jetzt zweidimensionale Schichten mit Metallverbindungen.

00:08:57: wie der Unterschied ist zwischen deinen Kunststoffverbindungen und seinen Mixinen.

00:09:02: Du sagtest, das Projekt ist DFG gefördert?

00:09:04: Wie lange wird es laufen?

00:09:06: Also insgesamt drei Jahre.

00:09:08: Und das heißt, es läuft jetzt schon noch eineinhalb Jahre und man kann den DFG-Projekt aber auch noch verlängern.

00:09:13: Aber eigentlich ist das Ziel denn in anderthalb Jahren die Dissertation fertig zu haben?

00:09:17: Ja, es ist schwierig... also bei den Ingenieuren ist es schon selten dass jemanden in drei Jahren mit der Promotion fertig ist.

00:09:23: Das sind dann schon mindestens vier Jahre.

00:09:25: Also du hast noch ein bisschen was vor dir.

00:09:27: Wenn du jetzt so einen Ausblick geben könntest, gibt es vielleicht eine Fachdisziplin hier bei uns an der Uni oder insgesamt wo du sagst oh deren Blick auf meine Arbeit wäre noch spannend?

00:09:36: Ich würde sagen vielleicht Chemik und Physiker weil die doch noch auf Atomarebene das Ganze vielleicht mehr verstehen können.

00:09:44: wir schauen das ganze eher auf makroskopischer Ebene nicht auf mikroskopische Ebene an.

00:09:49: da wäre das wahrscheinlich schon interessant.

00:09:51: Du hattest gesagt aktuell ist viel ausprobieren von den Zusammensetzungen.

00:09:56: Was bedeutet aktuell und ist es auf längeres Frist geplant, das irgendwie zu berechnen wie die Zusammennetzung ist oder geht es eben nicht dadurch dass es so unvorhersehbar ist?

00:10:07: Also wir hoffen schon, dass wenn wir unseren Prüfstand noch optimieren können und noch ein bisschen besser verstehen warum eben unsere Messergebnisse gerade ziemlich streuen, dass wir dann Vorhersagen treffen können was wir eben tun müssen damit der Nanungenerator z.B.

00:10:22: einen höheren Strom liefert.

00:10:24: Und wie sieht dann so ein typischer Tag aus?

00:10:26: Du hast jetzt gerade gesagt, ihr probiert den Aus.

00:10:28: Dann seht ihr die Ergebnisse streuen und dann ändert ihr was.

00:10:31: Wie oft prüft ihr denn sowas oder wie oft kann man es denn ausführen?

00:10:35: an einem Tag oder in einer Woche?

00:10:36: Wie ist da so'n zeitlicher Ablauf?

00:10:38: Also frühes wenn ich ankomme, baue ich meistens neue Proben zusammen und dann setze ich mich an unser Mikroskop und tue das mal Aufnahmen vor dem Test machen um eben vergleichen zu haben, wie dann die Probe nach dem Test aussieht.

00:10:49: Und mein Breakfast testet dann meistens so zwei bis drei Proben am Tag Und dann kommt natürlich noch die Datenauswertung.

00:10:56: Dann machen wir nochmal einen Mikroskop-Aufnahmen nachher, um zu schauen was sich verändert hat und ansonsten ja durch eben an uns nur noch eine Beschichtung machen und wieder neue Proben haben.

00:11:10: Genau!

00:11:10: Für mich ist es Leiden.

00:11:11: jetzt hast du gesagt, du guckst hier unter dem Mikroskop an wie die Beschichtungen aussehen vorher und danach her.

00:11:19: Das heißt man erkennt anhand der Zusammensetzung, dann hat es reagiert oder das hat nicht reagiert.

00:11:27: Also was man auf der Oberfläche sieht sind Verschleißspuren und auch dass Material von einer einen Seite auf die andere Seite übertragen wurde.

00:11:35: Und da versuchen wir gerade zu analysieren welchen Einfluss der Verschlesse auch auf das Stromsignal hat weil sich das StromSignal mit der Zeit eben ändert.

00:11:42: Aber das ist ein StromS signal hat?

00:11:44: Ist nicht das was du unter Mikroskop siehst sondern das sieht dein Projektpartner quasi während er den versucht durchführt

00:11:50: genau

00:11:51: Und du siehst dann quasi nur in Anführungszeichen, wie es vorher aussah und nachher aussah.

00:11:56: Wie sich das verändert hat?

00:11:57: Ja ich kann eben ein bisschen vergleichen welche Schicht oder welches Material jetzt weniger verschlüsseln ist oder mehr verschlissen ist.

00:12:06: In welchem Lehrstuhl bist Du denn eingebunden?

00:12:08: bei welchen Professor ist das?

00:12:10: Bei Prof.

00:12:10: Tremel der Lehrstühle für Konstruktionslehre und CAD?

00:12:15: Warum findest du jetzt diesen Bereich so spannend?

00:12:17: Du hast gesagt, du hast eigentlich nicht vorgehaft zu promovieren.

00:12:19: Und dann hast du diese Ausschreibung gesehen und fandst dann ach doch mach ich weiter!

00:12:24: Also warum ist es dieser Bereich von der dich am meisten gepackt hat?

00:12:27: Ich mache doch ganz again was Praktisches.

00:12:29: also ich stehe schon mal ganz gerne im Labor und deswegen auch so ein Teil dass ich wusste das bei dem Projekt auch ein großer Anteil Laborarbeit dabei ist und auch an der Lythik.

00:12:42: blicken würdest.

00:12:44: Wo denkst du, könntest du denn mal landen?

00:12:46: Ich habe mir noch nicht so viel Gedanken trüge gemacht weil es ja auch noch ein paar Jahre dauert bis es dann soweit ist.

00:12:51: aber ich könnte mir schon vorstellen später im Bereich Beschichtungen zu bleiben weil er eben... Es wurde schon sehr viel aufforscht aber ich denke das ist auch noch sehr viel möglich gerade was insorische Schichten angeht.

00:13:01: Was ist jetzt dein persönliches Ziel am Ende der Dissertation oder am Ende dieses Forschungsprojekts?

00:13:08: Was möchtest Du rausgefunden haben oder eben bewiesen widerlegt oder sonst was?

00:13:13: Also ich find's schön, wenn wir am Ende so ein bisschen besser verstehen warum die triboelektrischen Nanagegranatoren funktioniert.

00:13:19: Oder was alles Einflussgrößen sind weil da ja da hatten wir gerade noch so'n bisschen im Dunkeln Da gibt es aber eben leider auch nicht so viel Forschung dazu.

00:13:29: Aber was könnte denn eine Einfluchsgröße sein?

00:13:33: Es kann zum Beispiel auch sein dass Wir verwenden auch Polymeret teilweise also Kunststoffe Dass sich durch die Reibung und die Kunststoffen verformen und dadurch auch schon einen Einfluss auf den tribolektrischen Effekt haben.

00:13:46: Aber das ist etwas, was wir aktuell zum Beispiel nicht messen können.

00:13:49: Wenn du jetzt so ein Ausblick geben würdest?

00:13:51: Das Projekt dauert ja noch ein bisschen.

00:13:53: Was ist denn der nächste Schritt in eurer Forschung?

00:13:56: Der nächste Schritt eigentlich dann wirklich zu versuchen, sensorische Schichten zu entwickeln, dass eben auch durch die durch die Nanogenerator selbst ein Sensor erzeugen kann mehr oder weniger und kein Extensor brauchen sondern Nanogenerator an sich eben schon Sensor ist.

00:14:12: Und das ist noch ein langer Weg.

00:14:13: oder ist es absehbar?

00:14:15: Das könnte auch ein langen Weg werden, da gibt's auch nicht so viel Forschung zu!

00:14:19: Also ich merke schon, da gibts noch viele Forschungsarbeiten die anstehen und Paper die veröffentlicht werden können.

00:14:25: Vielen Dank dass du dir die Zeit genommen hast uns einen bisschen einen Einblick zu geben was bei euch am Lehrstuhl für Konstruktionslehre so aktuelle Forschungsprojekte oder ein aktuelles Forschungs-Projekt ist.

00:14:36: Vielen dank für die Einladung.

00:14:38: Jeder, der sich nun berufen fühlt auch mal Podcast-Gast bei mir zu werden, darf sich gerne melden.

00:14:43: Räume ich über Vorschläge und Interessenten bitte eine E-Mail an pressestelle at uni minus bayreuth.de.

00:14:50: Wenn ihr ein spannendes Thema habt, über das wir bei uns im Podcast mal sprechen können dann hören wir uns in zwei Wochen wieder.

00:14:56: Vielen Dank, dass ihr so lange dran geblieben seid!

00:15:07: Technische Support, Theorino, Logo und Social Media Jürgen Rennecke.