Gezielte Störmanöver

Der Athene Young Investigator und Materialwissenschaftler Xufei Fang forscht an der Verbesserung von Keramiken und neuen Anwendungen.

01.11.2019

Den Werkstoff Keramik neu erfinden, das haben sich die TU-Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler zum Ziel gesetzt, die an dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Reinhart-Koselleck-Projekt forschen. Zum Team gehört Dr. Xufei Fang, den die Technische Universität als einen der neuen Athene Young Investigator ausgewählt hat.

Dr. Xufei Fang

Das bisher Unmögliche denken und versuchen, ungelöste Fragen angehen, das hat Xufei Fang früh gereizt. Der 30-Jährige beschreibt sich selbst als unabhängig, zielstrebig und sehr offen. Interdisziplinarität liegt ihm, er schaut stets über die eigenen fachlichen Grenzen hinaus. Eigenschaften, die schon die Jugend prägten. Von einem kleinen Dorf im Landesinneren Chinas wechselte Xufei Fang an die Highschool und anschließend an die Tsinghua University in Peking. Dort studierte und promovierte er zunächst in Maschinenbau, entschied sich später jedoch für die Materialwissenschaften – und für ein Forscherleben in Deutschland. Xufei Fang schmunzelt: „Private Gründe“, sagt er und meint damit seine Frau, die zurzeit an der Frankfurter Goethe-Universität promoviert und damals Studentin der Universität Köln war und ein Austausch-Semester in Peking verbrachte. Fang, heute Vater zweier Kinder, folgte ihr nach Deutschland und arbeitete rund drei Jahre als Postdoc mit einem Alexander von Humboldt Fellowship am renommierten Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf. Seit April 2019 ist er nun Junior Gruppenleiter an der TU Darmstadt in der Keramik-Gruppe von Prof. Jürgen Rödel in dem von der DFG geförderten Koselleck-Projekt.

Wieder so ein Wechsel über Grenzen hinweg – von der Metallforschung hin zum Keramik-Werkstoff. Der 30-Jährige schätzt Herausforderungen. Die Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler des TU-Fachgebietes suchen in dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützten Programm nach neuen Anwendungsbereichen. Keramik wird heute beispielsweise für eine große Auswahl an Sensoren und Kondensatoren eingesetzt. Das harte, spröde Material besteht aus winzigen Kristallen. Die Forscher hoffen jedoch auf eine Verbesserung der Keramik, wenn sie gerade diesen atomaren Aufbau gezielt stören. Xufei Fang ist spezialisiert auf diese Störung, eine Art Kristalldefekt, bei dem ein oder mehrere Atome im sonst regelmäßigen Kristallgitter der Keramik fehlen. Punkt- oder auch zweidimensionale Defekte steuern beispielsweise in der Elektronik die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern.

„Wer gut plant, kann alles erreichen“

Die Darmstädter erforschen so genannte Versetzungen, eindimensionale Defekte, bei der sich die Störung als gerade oder gebogene Linie quer durch den Kristall der Keramik zieht. Solche Versetzungen können als Kanal genutzt werden für elektrische Ladungen, den Einbau von Sauerstoff oder auch als Bremse für die Ausbreitung von Wärme. Interessant könnte das sein für die Stromerzeugung und die Effizienz von Brennstoffzellen. Diese Kanäle geplant in die Keramik einzubringen, gelingt jedoch bisher kaum. Xufei Fang und seine Gruppe forschen daher gezielt, welche Parameter eine Rolle spielen. In dem von der TU genutzten Verfahren werden die Keramiken unter kontrolliertem Druck und Temperatur mechanisch verformt. Der Werkstoff ist fragil und spröde, kann leicht brechen. „Die Herausforderung ist, den optimalen Druck, die elektrische Spannung oder auch optimale Temperatur zu finden“, erklärt Xufei Fang. „Das Fenster ist sehr klein.“

Der Chinese und seine Gruppe analysieren das genaue Verhalten der Versetzungen und unter welchen Bedingungen sich diese beeinflussen oder kontrollieren lassen. „Unsere Arbeit ist völlig neu“, sagt er. Das Reinhart-Koselleck-Projekt an der TU beschreibt der Gruppen-Leiter als sehr unkonventionell. „Es gibt viel Interesse an unserer Forschung, positives Feedback.“ Die Förderung durch den Athene Young Investigator, freut sich Xufei Fang, gebe ihm daher nicht nur mehr Unabhängigkeit, sondern auch die Möglichkeit, an Konferenzen teilzunehmen und sich mit Wissenschaftskollegen auszutauschen. „So können wir der Wissenschaftsgemeinde zeigen, dass unser Verfahren funktioniert.“ Fang ist sicher: „Wir ebnen einen neuen Weg.“

Der Athene Young Investigator der TU öffnet ihm jedoch noch eine weitere Tür. Der junge Forscher, der sich auch als Freigeist Fellow bei der VolkswagenStiftung beworben hat, will Professor werden. Ein Ziel, das er innerhalb der nächsten sechs Jahre umsetzen möchte. „Wer gut plant, kann alles erreichen“, zitiert er ein chinesisches Sprichwort. Und schließlich heißt das Xu in seinem Vorname übersetzt so viel wie „aufgehende Sonne“.