Zinkoxid – der Tausendsassa in Sachen Innovation und Forschung

Zinkoxid ist ganz offensichtlich ein Material, dass noch viel Raum für Grundlagenforschung und die Erschließung neuer Einsatzbereiche bietet. Fast im Wochentakt rauschen die Meldungen dazu aus den Hochschulen und Forschungseinrichtungen der Welt durch die Medien.

Macht Klimaanlagen überflüssig: Hauchdünne Folien mit Zinkoxid absorbieren Wärmestrahlung

Forscher der University of California San Diego haben eine hauchdünne, transparente Folie entwickelt, die unabhängig vom Einstrahlwinkel 87 % der Wärmestrahlung nahe dem infraroten Bereich (1,200 bis 2,200 Nanometer Wellenlänge) und 98 % der Strahlung bei einer Wellenlänge von 1,550 Nanometern absorbiert. Integriert in Fensterscheiben ist ihr Einsatz als Wärmeschutz für Büroräume und Wohnungen denkbar. Der Betrieb von Klimaanlagen könnte so optimiert oder im günstigsten Fall überflüssig gemacht werden.

Quelle: http://jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=2116

Verminderter Kapazitätsverlust bei Lithium-Schwefel-Akkus durch den Einsatz von Zinkoxid

Durch die Entwicklung einer Struktur aus Zinkoxid, deren Aufbau an Darmzotten erinnert, will ein britisch-chinesisches Forscherteam den Bau von Lithium-Schwefel-Akkus ermöglichen, deren Kapazität auch nach einer größeren Anzahl von Ladezyklen nicht nachlässt. Im Vergleich mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus soll die Kapazität der Lithium-Schwefel-Akkus deutlich höher sein. 

Quellen:

http://www.pressetext.com/news/20161031003 

http://www.cam.ac.uk/research/news/next-generation-smartphone-battery-inspired-by-the-gut 

Zinkoxid als Katalysator bei der Methanolsynthese

Kupfer-Nanopartikel können die Bildung von Methanol aus einer Mischung von CO2, CO und H2 katalysieren, aber die Zugabe von ihrerseits in dieser Reaktion inaktiven Zinkoxid-Nanopartikeln steigert die Rate erheblich. 

Quelle:

Quantifying the promotion of Cu catalysts by ZnO for methanol synthesis”, Sebastian Kuld, et al. Science  20 May 2016, Vol. 352, Issue 6288, pp. 969-974

Erste transparente Solarzelle entwickelt

Physiker der Universität Leipzig haben die weltweit erste transparente Solarzelle entwickelt. Sie besteht aus den Oxiden der preisgünstigen und einfach verfügbaren Metallen Zink und Nickel, kann ultraviolettes Licht absorbieren und ist für die großflächige Anwendung - etwa auf Glasflächen - geeignet. Die Solarzellen könnten auf einer Fensterscheibe angebracht werden, die dann trotzdem noch transparent ist. Mit dem erzeugten Solarstrom könnten beispielsweise ein Handy aufgeladen oder Sensoren für die Temperaturmessung betrieben werden. Auch wenn es bis zur industriellen Fertigung der neuen Solarzellen noch eine Weile dauern wird, ist doch durch die dreijährige Forschungsarbeit der Experimentalphysiker Prof. Dr. Marius Grundmann und Robert Karsthof ein wichtiger Schritt auf dem Weg dahin getan worden.

Quelle:

Pflaster mit UV-Detektor aus Zinkoxid schützt vor Sonnenbrand

Das Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) hat Sensoren entwickelt, die als ähnlich wie ein Nikotinpflaster auf der Haut oder sogar in Kleidung integriert getragen werden können und die vor schädlicher UV-Strahlung warnen. Dabei setzen die Forscher auf Zinkoxid als UV-Detektor. Die Zinkoxidschicht, die zum Einsatz kommt ist hundertmal dünner, als ein Blatt Papier. Die Sensoren sind kostengünstig und haltbar, so dass die australischen Forscher davon ausgehen, dass das Prinzip gute Aussichten hat, Eingang ins tägliche Leben zu finden.

Quelle:

Magnetisches Zinkoxid verlängert Speicherfähigkeit für Computerdaten

Riesige Mengen an Daten werden heute unter Ausnutzung magnetischer Effekte auf Computerfestplatten gespeichert. Nach ungefähr zehn Jahren gehen viele Daten jedoch verloren. Weltweit wird deshalb nach einem Werkstoff gesucht, der die Lebensdauer der gespeicherten Informationen verlängert. Diesem sind Wissenschaftler vom Forschungszentrum Dresden- Rossendorf (FZD) jetzt auf der Spur. Sie konnten nachweisen, dass in unmagnetischem Zinkoxid gezielt magnetische Eigenschaften hervorgerufen werden können, indem man dessen Struktur beschädigt.

Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass eine besondere Art des Magnetismus im Zinkoxid hervorgerufen werden kann, der in der Fachwelt Defekt-Magnetismus genannt wird. Dieser Defekt- Magnetismus zeigt nicht die Temperaturabhängigkeit von Legierungen in heutigen Computerfestplatten, welche nach mehreren Jahren zu Datenverlust führt.

Jetzt stehen die Wissenschaftler vor der Aufgabe, die für den Defekt-Magnetismus verantwortlichen Defekte so zu stabilisieren, dass das Zinkoxid seine magnetischen Eigenschaften länger behält. Vorteil des Zinkoxids ist es dabei, dass es trotz der fortschreitenden Minaturisierung gegenüber Temperaturschwankungen vergleichsweise unempfindlich regiert

Quellen:

  • „Zinkoxid zeigt neuartige magnetische Eigenschaften“: aus www.metall-web.de vom 3. März 2008
  • „Zinkoxid zeigt neuartige magnetische Eigenschaften“: aus www.wissenschaft-online.de vom 4. März 2008

Strom erzeugen mit Power-Shirt aus zinkverstärkten Fasern

Handy-Akku leer? Netzladekabel verlegt? Bekleidet mit einem "Power-Shirt" wird man solche Probleme nicht mehr haben. Forscher ist die Herstellung nano-Faser gelungen, aus der man Kleider herstellen kann, die Strom produzieren.

Technische Geräte werden immer kleiner, immer mobiler und immer leistungsfähiger - dumm nur, dass sie auch immer energiehungriger werden. Selbst moderne Akkus machen da schnell schlapp. Dabei haben wir einen ständigen Energieproduzenten - genauer gesagt Energieverschwender - immer dabei: unseren Körper. Ob das die Vibrationen des Herzschlags, Schrittbewegungen oder nur Lüftchen sind, die uns umwehen - es ist alles Energie, die sich ungenutzt in die Umwelt verflüchtigt.

US-Wissenschaftlern um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta ist nun die Nutzung dieser Bewegungsenergie gelungen: Sie haben einen Strom produzierenden Stoff hergestellt, mit dem sich normale T-Shirts künftig zu "Power-Shirts" aufrüsten lassen könnten. Der Stoff ist aus einem ganz besonderen Garn gewoben: Nanodrähte aus Zinkoxid-Kristallen, 50 bis 200 Nanometer dick (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) und 3500 Nanometer lang. Werden die Drähte verformt - etwa durch Vibrationen, die der Herzschlag verursacht, die Schrittbewegung oder durch Wind -, erzeugen sie Strom. Technisch gesehen wird mechanische Energie mittels eines piezo-elektrischen Halbleiter-Prozesses in Elektrizität umgewandelt.

In den Veröffentlichungen zum Thema ist zu lesen, dass mehrere Fasern in einem Garn gebündelt zu einem Stoff verarbeitet werden können, der robust, hochbeweglich und faltbar genug ist, um als "Power-Shirt" getragen werden zu können. Bereits ein Quadratmeter dieses Stoffes würde bis zu 80 Milliwatt Strom erzeugen - genug, um elektronische Kleingeräte wie Handys oder auch kleine militärische Sensoren zu versorgen.

Quellen:

  • „T-Shirt-Kraftwerk soll Strom produzieren" aus spiegel.de vom 13. Februar 2008
  • „Mit Kleidung und Herzschlägen Strom erzeugen“ aus enbw.com
  • „Kristallene Kraftwerke“ aus FAZ vom 7.1. 2009
  • Science 316: 102-105 (2007),
  • Abstract „Zwergenhafte Energiebündel“, aus www.wissenschaft-online.de vom 11. April 2007
  • Nature, Bd. 451, S. 809  

Adsorption von CO2 an Zinkoxid

Aus chemischer Sicht ist Kohlendioxid – das wichtigste Treibhausgas – ein recht reaktionsträges Molekül. Deshalb ist es nur schwer möglich, CO2-Moleküle aus der Atmosphäre zur Teilnahme an Reaktionen zu bewegen, bei denen Wertstoffe erzeugt werden. Eine systematische Untersuchung der Wechselwirkung von Zinkoxid mit verschiedenen kleinen Molekülen überraschte die Forscher des Sonderforschungsbereiches 558 („Metall-Substrat-Wechselwirkungen in der heterogenen Katalyse“, Sprecher: Prof. Dr. Christof Wöll): Sie zeigte, dass Zinkoxid schon bei relativ niedrigen Temperaturen CO2 aktivieren kann. Auf der Oberfläche entsteht aus dem stäbchenförmigen, reaktionsträgen Kohlendioxid das stark gewinkelte Carbonat-Ion, das chemisch viel aktiver ist. Über ihr Ergebnis berichten die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Quelle:

  • Homepage des Sonderforschngsbereichs SFB 558 „Metall-Substrat-Wechselwirkungen der heterogenen Katalyse“: www.sfb558.de; PM vom 9. Juli 2007

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