ERC Consolidator Grant für Prof. Dr. Karl Mandel

Prof. Dr. Karl Mandel hat einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten.

Karl Mandel ist seit 2020 Professor für Anorganische Chemie an der FAU und seit 2014 Leiter der Gruppe Partikeltechnologie am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg. Er wurde 2013 an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg in Chemie promoviert. Sein Forschungsinteresse gilt der Herstellung von Suprapartikeln mit neuen und unerwarteten Eigenschaften und ihren Einsatz als intelligente Objekte, die einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.

Der ERC Consolidator Grant ist mit zwei Millionen Euro dotiert und umfasst einen Förderzeitraum von fünf Jahren.

Will Material zum Sprechen bringen: Prof. Dr. Karl Mandel

Materialien müssen viel aushalten: Sie sind Umwelteinflüssen wie Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit ausgesetzt, mechanische Belastungen wirken auf sie ein, und bei ihrer Herstellung muss sichergestellt sein, dass Prozessierungsschritte erfolgreich waren – dass zum Beispiel Materialverbünde zuverlässig verklebt sind. Prüfverfahren, die das Material „durchleuchten“, sind aufwändig und teuer. Nicht zuletzt deshalb werden Bauteile vorsorglich ausgetauscht oder Produkte einfach weggeworfen, anstatt sie zu recyceln, obwohl sie unter Umständen noch genutzt werden könnten.

Karl Mandel, Professor für Anorganische Chemie an der FAU und Leiter der Partikeltechnologie am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg, will das ändern. Er will Materie so funktionalisieren, dass sie ihre Geschichte erzählen kann. „Materialien und Bauteile sollen in die Lage versetzt werden, Umwelteinflüsse wahrzunehmen, aufzuzeichnen und uns dann mitzuteilen – und zwar über den gesamten Lebenszyklus hinweg“, erklärt er.

Kern seiner Vision sind sogenannte Suprapartikel mit einer Größe von wenigen Mikrometern, die aus zwei zentralen Komponenten zusammengesetzt sind: magnetischen Signalübermittlern auf Basis von Eisenoxid – also im Prinzip Rost – und nichtmagnetischen Sensibilisatoren. „Werden die jeweiligen Sensibilisatoren spezifisch durch Umwelteinflüsse wie Temperatur, Feuchtigkeit oder mechanische Belastungen verändert, verändert sich die Struktur der gesamten Suprapartikel und damit die magnetischen Interaktionen der Signalübermittler-Bausteine“, sagt Mandel. „Das wollen wir magnetisch auslesen und quantitativ mit den Umwelteinflüssen korrelieren.“ Als einfaches Beispiel nennt Mandel Kochsalz, das unter Einwirkung von Feuchtigkeit strukturell degradiert und in Verbindung mit dem Eisenoxid als Feuchtigkeitsanzeiger dienen könnte.

Das Prinzip des „Smart Rust“ will Karl Mandel auf verschiedene Bereiche übertragen: Eine flächendeckende, zerstörungsfreie Materialprüfung könnte die vorausschauende Wartung vereinfachen. In Recyclingprozessen ließe sich leichter entscheiden, ob Materialien weiterverwendet können oder aussortiert werden müssen. Auch zur Industrie 4.0 könnte das Verfahren einen wichtigen Beitrag leisten, weil das magnetische Muster Aufschluss darüber geben kann, ob Prozesse korrekt ausgeführt wurden und die Funktionalität der Bauteile gewährleistet ist. Die Besonderheit bei all diesen Szenarien: Die Information kann aus dem Inneren der Materialien abgerufen werden – aus Bereichen, in die man bisher nicht so einfach „hineinschauen“ kann.

Kontakt

Prof. Dr. Karl Mandel
karl.mandel@fau.de