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Information für die Wissenschaft Nr. 58 | 11. August 2015
Großgeräteinitiative „Röntgenographisches Hochdurchsatzscreening für die Materialentwicklung“

Neuartige Röntgenmikroskope zur Erfassung des Gefüges und der Elementverteilung von Materialien auf der Submikrometerskala

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert im Rahmen dieser Großgeräteinitiative die Anwendung und Weiterentwicklung der Röntgenmikroskopie zur Erfassung des Gefüges und der Elementverteilung von Materialien auf der Submikrometerskala. Die mögliche Förderung beinhaltet die Bereitstellung von Röntgenmikroskopen für die beschleunigte Materialentwicklung einschließlich spektroskopischer Technik zur Materialanalytik.

Die Entwicklung von Materialien mit spezifisch auf den Einsatz abgestimmten Funktions- und Eigenschaftskombinationen erfordert den Einsatz neuer, hocheffizienter Methoden zur Charakterisierung von Volumeneigenschaften. Das in der Chemie und in den Lebenswissenschaften etablierte Konzept von Hochdurchsatzmethoden rückt dabei auch im Bereich der Entwicklung von Funktionsmaterialien und Konstruktionswerkstoffen in Form von leistungsstarken Charakterisierungsmethoden in den Fokus des Interesses und bedeutet dort methodisches Neuland. Dadurch können einerseits Multiskalensimulationen mit experimentellen Daten unterstützt und validiert werden, entsprechend dem jüngst international etablierten Forschungskonzept „Integrated Computational Materials Engineering“. Andererseits können Hochdurchsatzmethoden wie die kombinatorische Abscheidung von Dünnfilmen und die Erzeugung von Gradientenwerkstoffen in Bezug auf Phasenausbildung, Struktur und Elementverteilung auf der Submikrometerskala zügig analytisch begleitet werden.

Mit der seit kurzer Zeit verfügbaren Röntgenmikroskopie mit Laborgeräten gelingt eine Korrelation bekannter physikalischer Eigenschaften oder Eigenschaftskombinationen mit dem auf der Submikrometerskala ortsaufgelösten Gefüge, und zwar sowohl strukturell (kristallographische Struktur, Korngrößenverteilung, Textur etc.) als auch chemisch (Elementverteilung). So sind mit „Diffraction Contrast Tomography“ Texturanalysen möglich und mit „Dual Energy-Scans“ sowie in Kombination mit Konfokaler Röntgenfluoreszenzspektroskopie direkte Zugänge zur dreidimensionalen chemischen Zusammensetzung gegeben.

Ziel der Großgeräteinitiative ist es, diese Technik durch exemplarische Installation an einigen wenigen, aber wissenschaftlich hochrangigen Standorten an deutschen Hochschulen und mit ihnen kooperierenden außeruniversitären Einrichtungen verfügbar zu machen. Auf diese Weise soll die Grundlage für neue Methoden in der Materialentwicklung im Sinne des „Integrated Computational Materials Engineering“ gelegt sowie eine gerätetechnische Weiterentwicklung gefördert werden. Bedarf für eine solche Hochdurchsatzcharakterisierung wird dabei nicht nur in dem Fachgebiet Materialwissenschaft und Werkstofftechnik erwartet, sondern darüber hinaus auch in der Materialforschung in Chemie und Physik, in den Baustoffwissenschaften sowie in den Geowissenschaften und der Mineralogie.

Erfolgreiche Anträge adressieren einerseits Konzepte für eine konkrete experimentelle Materialentwicklung, möglichst in Kombination mit Multiskalensimulation, um den Wert dieser neuen Charakterisierungstechnik für die Verkürzung von Entwicklungszyklen mikrostrukturbestimmter Materialien bestimmen zu können. Andererseits enthalten sie Pläne für die Weiterentwicklung der Methodik vor und parallel zu ihrem Einsatz, beispielsweise die Korrelation komplementärer 3-D-Datensätze oder die Zielpräparation betreffend. Das auf dieser Basis formulierte grundlagenorientierte Forschungskonzept soll mehrere relevante Teildisziplinen miteinander verbinden und neben den wissenschaftlichen Zielsetzungen auch entsprechende Realisierungskonzepte enthalten.

Von den antragstellenden Gruppen wird erwartet, dass sie das Gerät durch eigene Forschungsvorhaben sowie durch die Beteiligung an weiteren, interdisziplinären Projekten in nennenswertem Umfang auslasten werden. Darüber hinaus sollen 20 Prozent der Hauptnutzungszeit auch anderen wissenschaftlichen Arbeitsgruppen in Deutschland zur Verfügung gestellt werden, bei entsprechender Beteiligung an den Betriebskosten. Um einen geregelten Zugang zu den Geräten sicherzustellen, wird eine Bewilligung an die Auflage geknüpft, eine adäquate Nutzungsordnung zu schaffen. In den Anträgen sollen daher auch Konzepte für die Nutzung durch Externe beschrieben werden.

Aus den Anträgen muss erkennbar sein, dass ausgewiesene Expertise und Forschungserfahrung sowohl im Bereich der experimentellen Materialentwicklung als auch in der Präparationstechnik und in dem Umgang mit großen Datensätzen vorliegen. Vorausgesetzt wird, dass für die Installation des Gerätes geeignete Räumlichkeiten und Infrastruktur sowie ausreichend erfahrenes wissenschaftliches und technisches Personal zur Verfügung stehen. Die Folgekosten für Betrieb und Wartung müssen von den antragstellenden Gruppen beziehungsweise Institutionen übernommen werden.

Anträge, die diese Voraussetzungen erfüllen, können in englischer Sprache unter Berücksichtigung des Leitfadens 54.01 für Projektanträge bis zum 2. Dezember 2015 über das elan-Portal eingereicht werden. Dabei ist das Programm „Großgeräteinitiative“ in der Rubrik Wissenschaftliche Geräte und Informationstechnik und die Ausschreibung „Großgeräteinitiative Röntgenographisches Hochdurchsatzscreening“ auszuwählen. Es ist ausschließlich die Beantragung von Investitionsmitteln vorgesehen. Die Beantragung von Personal- oder Sachmitteln ist nicht möglich.

An der Antragstellung Interessierte werden gebeten, bis zum 21. Oktober 2015 per E-Mail an Burkhard.Jahnen@dfg.de eine Absichtserklärung von nicht länger als einer Seite zu senden mit Nennung der vorgesehenen Mitglieder der antragstellenden Gruppe sowie der wichtigsten Merkmale des fachlichen und gerätetechnischen Konzepts. Ferner wird erbeten, dieser E-Mail im Vorgriff auf den späteren Antrag eine Liste derjenigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beizufügen, mit denen für das Vorhaben eine konkrete Vereinbarung zur Zusammenarbeit angestrebt wird oder mit denen in den letzten drei Jahren wissenschaftlich zusammengearbeitet wurde.

Weiterführende Informationen

Der Leitfaden für die Antragstellung (DFG-Vordruck 54.01) steht zur Verfügung unter:

Das elan-Portal der DFG für die Einreichung der Anträge ist zu finden unter:

Ansprechpartner bei der DFG:

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