Gesucht: Mehr Problemlöser für die nächste Generation von Mikrotechnologien

Forscher aus Chemnitz und Dresden geben in der Fachzeitschrift „nature“ einen Überblick über herausfordernde Wege bei der Herstellung winziger Batterien für die Mikroelektronik – Interdisziplinäre Studiengänge und Kooperationen gewinnen an Bedeutung

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ stellen zwei Wissenschaftler aus Chemnitz und Dresden in einem Kommentar zum Thema „Tiny robots and sensors need tiny batteries — here’s how to do it” verschiedene Wege auf, wie heute winzige Batterien für Anwendungen in der Mikroelektronik hergestellt werden können, welche Probleme es noch zu lösen gilt und worauf es dabei ankommt. Einer der Autoren ist Prof. Dr. Oliver G. Schmidt. Er leitet im Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden das Institut für Integrative Nanowissenschaften und hat als Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz das dortige Zentrum für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) initiiert. Schmidt ist zudem Träger des Leibniz-Preises, dem wichtigsten Forschungsförderpreis in Deutschland. Er und sein Forschungsteam folgen schon seit mehr als zehn Jahren der Vision von „Batterien im Staubkorn“. Sie schufen beispielsweise ultradünne Schichtsysteme, die sich von selbst in tausendfacher Ausführung zu winzigen ultrakompakten Energiespeichern aufwickeln. Die Kombination der Schichten kann nahezu beliebig gewählt werden, so dass verschiedene Arten der Energiespeicherung möglich sind. Zudem gelang es ihnen mit Hilfe der magnetische Origami-Methode Nanomembranen zu dreidimensionalen mikroelektronischen Bauelementen zu falten und die weltweit kleinsten mikroelektonischen Roboter herzustellen. Diese und weitere Wege, wie man Batterien schrumpfen kann, werden im „nature“-Beitrag aufgezeigt. Dabei werden aber auch die Probleme erwähnt, die künftig zu lösen sind.

Schmidt und sein Co-Autor Minshen Zhu vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden wissen, dass die fachübergreifende Zusammenarbeit in Zukunft immer wichtiger wird. So sind aus ihrer Sicht interdisziplinäre internationale Konferenzen sinnvoll, um dort eine gemeinsame Roadmap für die Leistung und Zielspezifikationen von Mikrobatterien zu entwickeln. Zudem sollten verstärkt interdisziplinäre Teams, in denen Kompetenzen unter anderem aus der Mikroelektronik, aus der Elektrochemie und aus den Batterie- und Materialwissenschaften vereint sind, an Lösungen forschen.

„Wir rufen außerdem Universitäten weltweit dazu auf, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit noch mehr interdisziplinären Forschungsfähigkeiten auszubilden, die für den Aufbau der nächsten Generation von Mikrotechnologien erforderlich sind“, so Schmidt. In Guangzhou (China) entstehe derzeit beispielsweise mit einer Investition von zwei Milliarden US-Dollar ein neuer Campus der Hong Kong University of Science Technology, einer weltweit führenden Forschungseinrichtung, wo Wissen aus der Materialwissenschaft und Mikroelektronik zusammengeführt wird, um die Integration von Mikro- und Nanobauteilen zu multifunktionalen Komponenten zu verbessern.

In Deutschland verfolgt die Technische Universität Chemnitz einen ähnlichen interdisziplinären Bildungsansatz: Im englischsprachigen Masterstudiengang „Micro and Nano Systems“ werden Kompetenzen aus der Photonik, Elektronik, Biotechnologie, Mikrorobotik und Energiespeicherung verbunden, um die Studierenden auf die komplexe Mikrosystemtechnik der Zukunft vorzubereiten. „So können Problemlöser von morgen ausgebildet werden, die unter anderem auch dabei helfen, leistungsfähige Mikrobatterien zu entwickeln und in Serie herzustellen“, so Schmidt. Mit ihrem Beitrag in der Zeitschrift „nature“ wollen Schmidt und Zhu das Bewusstsein zu mehr Interdisziplinarität auch an anderen Bildungs- und Forschungseinrichtungen schärfen.

Originalveröffentlichung: Oliver G. Schmidt und Minshen Zhu, Tiny robots and sensors need tiny batteries — here’s how to do it, nature, 2021. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00021-2

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Professur Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz und Leibniz-Institut für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden e.V., Telefon +49 (0) 351 4659-810, E-Mail o.schmidt@ifw-dresden.de

Mario Steinebach
14.01.2021

Alle „TUCaktuell“-Meldungen
Hinweis: Die TU Chemnitz ist in vielen Medien präsent. Einen Eindruck, wie diese über die Universität berichten, gibt der Medienspiegel.