In seinem Vortrag „Der Computer als Mikroskop – Nano-skalige Einblicke in die Eigenschaften von (wässrigen) Flüssigkeiten in porösen Materialien“ stellte Professor Schlaich seine Arbeitsweise und aktuelle Forschungsarbeit ausführlich vor. Im Fokus stehen dabei Computersimulationen, mit denen Phänomene zugänglich gemacht werden, die auf der Nanoskala mit herkömmlichen Methoden nur schwer erfassbar sind. Diese Simulationen fungieren sozusagen als „virtuelles Mikroskop“ und liefern molekulare Einblicke, die experimentelle Befunde ergänzen und erklären. Ein entscheidender Vorteil dabei ist, dass sich in den Simulationen einzelne Einflussfaktoren gezielt variieren lassen.
Mit dieser Methodik untersucht das Team um Professor Schlaich das Phasenverhalten sowie unter anderem die strukturellen und dynamischen Eigenschaften von technologisch relevanten Systemen wie Flüssigkeiten in elektrisch leitfähigen porösen Materialien – eine Forschung mit großem Potenzial für Materialwissenschaft und Technik. Hamburg biete ihm hierfür beste Möglichkeiten, so Schlaich, denn die Stadt verfügt über eine hervorragende Infrastruktur im Bereich bildgebender Verfahren, darunter Petra III, XFEL sowie die Elektronenmikroskopie an der TUHH.
Im Anschluss stellte Professor Schlaich seine Forschungsprojekte vor, beispielsweise zur Salzausfällung an der Grenzfläche zwischen Luft, Wasser und Bodenmaterialen oder die nanoskalige Untersuchung von Elektroden wie Gold. Hier untersuchten er und sein Team insbesondere Oberflächeneigenschaften und die Wechselwirkungen mit anderen Molekülen oder Flüssigkeiten auf atomarer Ebene, welche für Katalyseprozesse relevant sind.
Diese früheren Arbeiten bilden die Grundlage für Schlaichs aktuelle Forschung im Bereich des atomistischen Modellierens von Materialien in wässrigen Medien. Im Rahmen des Exzellenzclusters an der TUHH „BlueMat – Water-Driven Materials“ konzentriert er sich derzeit darauf, wie sich die Eigenschaften verändern, wenn Wasser in engen Poren von Materialien oder Membranen eingeschlossen ist. In diesem sogenannten „Confinement“ weichen Struktur, Dynamik und Thermodynamik der Flüssigkeit deutlich von ihrem Verhalten in freier Lösung ab.
Dabei lassen sich gezielt einzelne Effekte ein- und ausschalten, um etwa den Effekt von weichen, d.h. strukturell flexiblen, Poren mit harten Materialien zu vergleichen, ohne dabei die chemischen Eigenschaften zu verändern. Schlaich sieht in diesen Modellierungen großes Potenzial: „Wir wollen auf der kleinsten Skala lernen und verstehen und dieses Wissen dann auf ingenieurtechnische Anwendungen übertragen.“ Im Rahmen von BlueMat könnten das vor allem neue funktionale Materialien zur Energiespeicherung mit optimierter Energiedichte sein.
In seinem Grußwort betonte TUHH-Präsident Prof. Andreas Timm-Giel die Expertise in der Multiskalen-Materialmodellierung, die Schlaich auf der Nanoskala mitbringt. Schlaichs Forschung unterstütze die TU und ihren ersten Exzellenzcluster BlueMat optimal und passe zudem hervorragend zum TU-Motto „Engineering to Face Climate Change“.
Über den Referenten
Prof. Alexander Schlaich hat im Oktober 2024 die Professur „Atomistic Modeling of Materials in Aqueous Media“ übernommen und leitet seitdem das Institut für Physik funktionaler Materialien an der Technischen Universität Hamburg (TUHH). Des Weiteren ist er Principal Investigator sowie Akademiedirektor im ersten Exzellenzcluster der TUHH `BlueMat – Water-Driven Materials´. Zuvor war er seit 2021 unabhängiger Gruppenleiter an der Universität Stuttgart am Center for Simulation Science (SC SimTech) und beschäftigte sich dort bereits mit der Erforschung poröser Medien.
