Ingenieurwissenschaften
Höhepunkte der Forschung
Zu den erfolgreichsten Aktivitäten der medizintechnischen Forschung im Fachgebiet (FG) „Allgemeine und theoretische Elektrotechnik“ gehört die Entwicklung von Hochfrequenz-Antennen und Spulen für die Magnetresonanztomographie (MRT). Das derzeit beste Dipolelement für eine Mehrkanal-Transmit-Spule im Rahmen der 7-Tesla Magnetresonanztomographie wurde im FG entwickelt und auf internationalen Konferenzen vorgestellt. Mit einem sog. Field-of-view von 41 cm und der daraus resultierenden einmaligen Uniformität des Magnetfeldes übertrifft sie alle bisherigen dipol-basierten Spulensysteme. Im Bereich Simulation konnte das gegenwärtig genaueste elektromagnetische Modell der menschlichen Haut entwickelt werden, das ein Kapitel in dem weltweit ersten wissenschaftlichen Fachbuch „Computational Biophysics of the Skin“ zu diesem Thema füllt.
Im Fachgebiet „Optoelektronik“ konnten grundlegende Meilensteine für die zukünftige Forschungsausrichtung „Integrierte Höchstfrequenz-Photonik“ erreicht werden: Erstmals gelang es, Fotodioden herzustellen, die im Millimeterwellen-Bereich Ausgangsleistungen oberhalb der Milliwatt-Grenze erzielen. Für höchste Frequenzen wurden in Kooperation mit der University of Ottawa neuartige plasmonische Nanostruktur-Arrays für optische 200-THz-Antennen entworfen und hergestellt. Mit dem Projekt „Tera50“ ist es gelungen, innerhalb des DFG-Schwerpunktprogramms „100 Gigabit-per-Second Wireless“ einen Forscherverbund in Duisburg zu etablieren: Neben der Optoelektronik als Koordinator forschen die FG „Nachrichtentechnische Systeme“, „Digitale Signalverarbeitung“ und „Hochfrequenztechnik“ an den technologischen Voraussetzungen für ultra-schnelle Funksysteme. Weitere Aktivitäten auf dem Gebiet der integrierten Höchstfrequenz-Photonik sind durch die Einwerbung von drei EU-Verbundprojekten bereits gestartet: Ziel ist hier beispielsweise die Entwicklung von Komponenten und Subsystemen für zukünftige 5G-Mobilfunknetze.
Um die gezielte Beschichtung mit Graphen geht es dagegen im FG „Werkstoffe der Elektrotechnik“: Eine Abscheidungsanlage für diesen innovativen Werkstoff wurde im Reinraum des Zentrums für Halbleitertechnik und Optoelektronik installiert und im Sommer 2014 durch NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze in Betrieb genommen. Somit ist programmiert, dass sich die Wissenschaftler/innen nun auf Basis zahlreicher erfolgreich akquirierter Drittmittelprojekte in nächster Zeit mit vielfältigen Themen rund um Graphen beschäftigen werden: Graphen für Hochfrequenztransistoren, als transparente Elektrode für a-Si Dünnfilm-Solarzellen, als Technologie für großflächige (opto-)elektronische Anwendungen, aber auch Untersuchungen zur Langzeitstabilität. Eine zuvor in Kooperation mit der Firma OSRAM AG ins Leben gerufene Nachwuchsgruppe, die inzwischen das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) bezogen hat, konnte hier bereits erste Erfolge verbuchen (siehe Preise und Auszeichnungen).
Eines der Forschungsthemen des Fachgebiets „Automatisierungstechnik und komplexe Systeme“ ist die Entwicklung innovativer Verfahren zur anlagenweiten Überwachung und Fehlerprognose für das technische Management von Industrieanlagen. In Kooperation mit der Hochschule Lausitz, der Firma PC-Soft GmbH und dem Anwender BASF Schwarzheide GmbH wurden hier neuartige Verfahren entwickelt und implementiert. In einem vom BMBF geförderten Verbundprojekt mit der IMST GmbH sowie zwei weiteren KMUs wird das Fachgebiet sein Know-How wesentlich zur Entstehung eines neuartigen radarbasierten Oberflächeninspektionssystems in der Stahlbandherstellung beitragen.
In enger Zusammenarbeit mit der RWTH-Aachen wurde vom Fachgebiet „Elektronische Bauelemente und Schaltungen“ ein mechanisch flexibler Bildsensor entwickelt, der sich mit einer Dicke von weniger als 30 µm wie eine Folie verbiegen lässt. Diese Technik wird es zukünftig erlauben, neuartige Kameras mit Rundumsicht nach Art der Facettenaugen von Insekten zu bauen.
Das Fachgebiet „Nanostrukturtechnik“ konnte sich erfolgreich bei der Projektförderung im DFG-Schwerpunktprogramm „Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse“ durchsetzen. Das zentrale Ziel dieses Schwerpunktes mit 6 Jahren Laufzeit ist es, numerische Werkzeuge für eine dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse zu schaffen. Vom Fachgebiet werden hier Monte Carlo Techniken speziell für preiswerte, jedoch leistungsfähige Grafikprozessoren entwickelt.