Hannover Messe 2018

•••22••• Innovationen Fibers 100 times thinner than a human air Low haze structures for transparent exible electrodes produced by electrospinning processes F lexible, transparent, and con- ductive electrodes (FTCEs) are a key enabling technology for the new generation of flexible, printa- ble and wearable electronics. The touchscreens and displays of the future will be curved and flexible and integrated into cars, phones, or medical technology. Tapping and wiping can only work on flex- ible devices, when flexible materi- als are used for touchscreens and electric circuits, but not brittle materials like indium tin oxide or silicon. To this end, INM – Leib- niz Institute for New Materials is working with the process of elec- trospinning, a technique that pro- duces ultra-fine fibers – up to 100 times thinner than a human hair. When conductive materials are spun, flexible conductive trans- parent electrodes could be pro- duced. These FTCEs have trans- parencies comparable to indium tin oxide with low haze less than two per cent. Electrospinning re- lies on the electro-hydrodynamics of a polymer droplet in a strong electromagnetic field. The polymer droplet deforms into a cone under the electromagnetic field and ejects a jet of liquid poly- mer to reduce the charge on the droplet. Once in the air the poly- mer jet experiences a bending in- stability causing the fiber to whip through the air effectively draw- ing the fiber to diameters below 500 nanometers. The fibers are collected on glass or on a film in an unstructured, wide mesh net. “Our innovation lies in the choise of starting materials. We can use sols, which have to be calcined, or polymers and composites with no further heat treatment. Depend- ing on the starting material, it is possible to produce both intrinsi- cally conductive fibers and those which are electrically conductive in a further step via silvering,” ex- plains Peter William de Oliveira, Head of InnovationCenter INM. In contrast to patterning pro- cesses via stamps or printing methods, electrospinning easily produces unstructured fiber net- works with sufficient space be- tween the fibers that light scat- tering is reduced to less than two per cent. At the same time, the length of the fibers reduces both the number of fibers needed for conductivity with sufficient cover- age and connections between the fibers which reduce the contact resistance. With fiber thicknesses well under 500 nanometers, the fibers are not visible to the human eye and appear transparent. The net-like, random nature of the fib- er deposition also eliminates typi- cal diffraction phenomena, such as distracting rainbow effects. The fibers could not only be used as electrodes, but are also suit- able to be woven into electronics, or to use them for active water treatment because of their high surface area and material proper- ties. The developers will demon- strate this technique at stand B46 in hall 2 at this year’s Hannover Messe. Electrospinning: thin fibers for flexible, transparent electrodes Photo: Use Bellhäuser M nnelmacher im Eigenbau Messegäste dürfen digitalisierte Fabrik selbst ausprobieren Was hat die Produktion von Räuchermänn- chen mit „Industrie 4.0“ zu tun? Diese Fra- ge beantwortet das Mittelstand 4.0-Kom- petenzzentrum Chemnitz auf der Hannover Messe. Auf dem Gemeinschaftsstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (Halle 2 Stand C 28) erhalten Messe- gäste einen Einblick in eine extra für die Messe konzipierte Produktion der „Männel- macher“. „Mit unserer durchaus unge- wöhnlichen prozessunterstützenden Lö- sung wollen wir Interessenten an einem einfachen Beispiel die Möglichkeiten der digitalisierten Produktion aufzeigen – sozu- sagen Industrie 4.0 zum Anfassen bieten“, sagt Geschäftsleiter Dr. Hendrik Hopf. Am Messestand kann in einem fiktiven Unternehmen das traditionelle Räucher- männchen aus dem Erzgebirge nach Kun- denwunsch montiert werden. „Über eine App können die Besucher unseres Stan- des die verschiedenfarbigen Bauteile des Männchens selbst zusammenstellen“, er- läutert Hopf. Die Herausforderung für die Chemnitzer „Männelmacher“ bestehe da- rin, ständig die Teile für insgesamt 72 Pro- duktvariationen vorzuhalten. Die einzelnen Arbeitsschritte wie Kommis- sionierung, Montage und Verpackung sind mit sogenannten „Smart Buttons“ ver- netzt, um so die Prozessdaten zu erfassen. Der Montagearbeiter – also der Messegast – erhält zur Unterstützung eine Videoan- leitung für den korrekten Zusammenbau der Räuchermännchen. Auf interaktiven Touchscreens können Werker, Leitstand und Lager die für sie relevanten Informatio- nen abrufen. Aber auch Instandhaltung und Qualitätssicherung bekommen so Informa- tionen zur Unterstützung. „Die vereinfach- te Industrie-4.0-Lösung der Männelmacher erfasst jede Kundenbestellung, gleicht den Bedarf mit Bestandsmengen des Material- lagers ab und zeigt auf einfache Weise den Stand der Auftragsabarbeitung an“, sagt Hopf. Und jeder Messegast darf sein Räu- chermännchen mit nach Hause nehmen. Die Fertigung eines Räuchermänn- chens wird in eine Industrie-4.0-Um- gebung verlagert. Foto: Romy Ketzsch Energieeffizient kühlen Hochporöses Material für Adsorptionskälteanlagen Forscher der Universität Kiel ha- ben mit dem Fraunhofer ISE ein hochporöses Material entwickelt für Kühlanlagen, die Wasser statt Kühlmittel nutzen. Damit lassen sich solche Kühlanlagen mit gerin- gerer Stromzufuhr als bisher be- treiben, indem man die bislang ungenutzte Abwärme aus Fern- heizungssystemen, Rechenzent- ren oder Solarthermie nutzt. Die Forscher präsentieren ihr Material und die Anwendungsmöglichkei- ten auf der Hannover Messe. Vor allem Rechenzentren sind wahre Energiefabriken: Hoch- leistungscomputer produzieren jede Menge Wärme und müssen ständig gekühlt werden. So ver- ursachen sie hohe Energie- und Stromkosten, und die Abwärme wird ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Theoretisch könnten damit spezielle Kühlanlagen, die Wasser als Kältemittel nutzen (so- genannte Adsorptionskälteanla- gen), energieeffizient betrieben werden. Dafür müssten die dort verwendeten Materialien in der Lage sein, viel Wasser aufzuneh- men und sich schon bei geringen Temperaturen zu regenerieren. Diese Voraussetzungen erfüllt das poröse Material, das Professor Norbert Stock an der Universität Kiel entdeckt hat. Damit kann ein Teil solcher Adsorptionskälteanla- gen ausschließlich mit vorhande- ner Abwärme oder Solarthermie betrieben werden. „Die Anlagen verbrauchen damit einerseits we- niger Strom. Andererseits können wir das Material umweltschonend herstellen“, sagt Stock. Der Kühleffekt entsteht in Ad- sorptionskälteanlagen durch Wasserverdampfung, wobei der Umgebung Wärme entzogen wird. Die Wasserdampfmolekü- le werden von einem porösen Material, dem Sorptionsmittel, adsorbiert und lagern sich in sei- nen Hohlräumen an. Es folgt eine Regenerationsphase: Durch die Zufuhr thermischer Energie lösen sich die Wassermoleküle vom Ma- terial, verflüssigen sich und kön- nen im nächsten Zyklus wieder verdampfen. Das Material aus Kiel kann sehr schnell sehr viel Wasser aufnehmen und bereits bei gerin- ger Temperaturerhöhung schnell wieder abgeben; so ist es nach kurzer Zeit erneut einsatzbereit.