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Weltraum nicht ausgeschlossen

Steffen Hartmann forscht an der TU Chemnitz an Kohlenstoffnanoröhrchen

"Vielleicht findet es eines Tages Anwendung im Weltraum", meint Steffen Hartmann und lacht. Ob die Kohlenstoffnanoröhrchen, mit denen er sich an der Professur Werkstoffe und Zuverlässigkeit mikrotechnischer Systeme der TU Chemnitz beschäftigt, tatsächlich im Weltraum genutzt werden, steht allerdings noch nicht fest. "Die industrielle Anwendung steckt noch in den Kinderschuhen", erklärt er und schließt deshalb weder die Automobilindustrie noch den Weltraum aus.

Im Vergleich zum unendlich großen Weltraum erscheint das Röhrchen winzig, selbst auf der Erde ist es mit einem milliardstel Meter Durchmesser nicht einmal durch ein Lichtmikroskop zu erkennen. Steffen Hartmann untersucht es aber nicht mit einem Mikroskop, sondern mithilfe von Modellen an seinem Computer. Der Rechner ist das wichtigste Arbeitsmittel für den Werkstoffwissenschaftler, der von 2004 bis 2011 an der Technischen Universität Berlin studierte und seit Juni 2011 an der Technischen Universität Chemnitz beschäftigt ist. Als Wissenschaftlicher Mitarbeiter arbeitet er hier an seiner Promotion, in der er sich mit dem mechanischen Kontakt von Kohlenstoffnanoröhrchen zu Metallen befasst. "Ich arbeite im Rahmen eines Projektes an meiner Promotion, indem auf dem Campus ein mechanischer Sensor gebaut werden soll, wo Kohlenstoffnanoröhrchen mit Nutzung des piezoresistiven Effekt eingesetzt werden sollen", erläutert er das Projekt, das durch die Volkswagen-Stiftung gefördert wird. Der piezoresistive Effekt beinhaltet die Änderung des elektrischen Widerstands, wenn ein Material gezogen oder gestaucht wird. Diese Veränderung kann gemessen und ausgewertet werden. "Meine Aufgabe ist es, den Kontakt des Kohlenstoffnanoröhrchens zum Metall zu untersuchen. Das Röhrchen wird im Metall eingebettet und eingeklemmt, damit man es ziehen kann und das ist voraussichtlich der Knackpunkt der Zuverlässigkeit. Wir benötigen Informationen darüber, ob dieser Kontakt im Belastungsfall stabil ist. Aber diese Informationen existieren noch nicht, weshalb ich zu deren Voraussage Simulationen einsetzte", erklärt Hartmann.

Für seine Simulationen auf atomarer Ebene verwendet Steffen Hartmann die Molekulardynamik. "Diese Methode ist mir im Studium öfter über den Weg gelaufen und ich war sehr froh, als ich die Gelegenheit bekam, sie anzuwenden", meint Hartmann, der für seine Arbeit nach Chemnitz gezogen ist. Die Molekulardynamik Simulation ermöglicht es dem Wissenschaftler, die Wechselwirkungen von Atomen in Abhängigkeit von Kraftfeldern, Temperaturen und Massen über einen gewissen Zeitraum zu untersuchen. "Es ist sehr interessant zu sehen, wie sich ein Material auf atomarer Ebene verhält", meint er begeistert. Bis zu Hunderttausend Atome können simuliert werden, was jedoch eine enorme Rechenleistung benötigt. "Anfänglich hab ich alles mit meinem Arbeitsplatzrechner gemacht, aber das forderte so viel Rechenressourcen, dass ich parallel nicht mehr arbeiten konnte." Von dieser misslichen Lage berichtete er einem Kollegen, der ihm den CHiC empfahl.

Der Chemnitzer Hochleistungs-Linux-Cluster, kurz CHiC, steht jedem Angehörigen der TU Chemnitz zur Verfügung. Einzige Voraussetzungen zur Nutzung sind der öffentliche Nutzen, der wissenschaftliche Hintergrund des Projektes und ein Hochschulprofessor, der das Projekt betreut. Hartmann erfüllte alle Voraussetzungen und meldete sich auf der Webseite des CHiCs an. "Es ist relativ leicht, den CHiC zu nutzen. Seither kann ich sehr viel mehr rechnen, Simulationen parallel laufen lassen, Daten ablegen und meinen Rechner für andere Aufgaben nutzen. Wenn die Simulationen durch sind, erhalte ich eine Mail und lade die Daten herunter", berichtet er von seinen Erfahrungen. Mit dem CHiC hätte Hartmann auch von Berlin aus arbeiten können, denn dieser kann von überall mit einem VPN-Account der TU Chemnitz genutzt werden. "Ich will aber nicht nur Simulationen durchführen, sondern auch experimentieren", erläutert Hartmann den Grund für seinen Umzug nach Chemnitz. Allerdings dauert es noch etwas, bis der Sensor in Zusammenarbeit mit der Professur Mikrotechnologie und der Professur Mikrosystem- und Gerätetechnik im Zentrum für Mikrotechnologien hergestellt wird und Steffen Hartmann damit experimentieren kann und noch etwas länger, bis er vielleicht im Weltall genutzt wird.

(Autorin: Sandra Edel)

Noch bis zum 19. September 2012 zeigt das Sächsische Industriemuseum Chemnitz in einer Sonderausstellung die Entwicklung von der Rechenmaschine zum Supercomputer - weitere Informationen: http://www.saechsisches-industriemuseum.de

Katharina Thehos
06.08.2012

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