Forschung an der Professur

Plasma: Der vierte Aggregatzustand, ein elektrisch leitfähiges Gas.

Plasma und seine technische Anwendung, die Plasmatechnologie sind inzwischen integraler Bestandteil des täglichen Lebens, von der „Neonröhre“ und der „plasmabeschichteten Pfanne“ bis hin zur Plasmamedizin und der Herstellung von hochintegrierten Schaltkreisen werden Plasmen verwendet. Ohne Plasmatechnologie gäbe es kein Smartphone, keinen Verbrennungsmotor aus Aluminium und in vielen Fällen noch nicht einmal sauberes Trinkwasser.

Die Professur Plasmatechnik beschäftigt sich mit vielen Aspekten der technischen Anwendung von Plasmen in der Materialwissenschaft und in der Weltraumnutzung. Plasmen sind dabei die Grundlage für sogenannte „elektrische Antriebe“, die für verschiedenste Weltraummissionen bereits seit Jahrzehnten genutzt werden. Der Treibstoffbedarf für eine Mission ist bedingt durch die Austrittsgeschwindigkeit des austretenden Mediums (je langsamer, desto mehr Treibstoff wird benötigt). Elektrische Antriebe erlauben es, die Grenzen der Austrittsgeschwindigkeit gegenüber chemischen Antrieben um Größenordnungen zu erhöhen und damit Treibstoff einzusparen, was bei einigen, insbesondere lang-andauernden, Missionen besonders vorteilhaft ist. Ebenfalls ist es durch elektrische Antriebe möglich, sehr genaue Steuerungen zu vollziehen. Natürlich sind solche Systeme nicht unproblematisch, da zum Teil sehr hohe Temperaturen entstehen und es auch zu Langzeiteffekten kommen kann, die die Effizienz solcher Systeme negativ beeinflussen. Die Plasmatechnikgruppe beschäftigt sich mit solchen Effekten. Durch genaue Analyse und die Modellierung von elektrischen Antrieben in simulierten Weltraumumgebungen werden diese Effekte untersucht, verstanden und Methoden zur Verbesserung entwickelt. Dieses geschieht derzeit vor allem im Auftrage der European Space Agency (ESA) sowie im DTEC Projekt SeRANIS. Aber auch komplette Neuentwicklungen von Antrieben werden hier durchgeführt, die dann auch im Weltall eingesetzt werden (SeRANIS).

In den Materialwissenschaften werden in der Professur ebenfalls Plasmen, verwendet. Zum einen, um aus der Luft - durch Plasmachemie - Produkte zu erzeugen, die dann z.B. bei der Desinfektion oder Aktivierung von Oberflächen eingesetzt werden können oder in der Beschichtungstechnologie, wo das Beschichtungsmaterial durch die Wechselwirkung mit dem Plasma aufbereitet und für den Auftrag auf das Substrat mit kinetischer Energie versorgt wird . Dabei werden ebenfalls durch vorhergehende Analyse die für die jeweilige Anwendung notwendigen Plasmaparameter bestimmt, die dann in den Plasmaquellen möglichst effizient produziert werden sollen. Dabei hat die Professur diverse Kollaborationen mit mehreren Firmen, sowie dem WiWeb. etabliert.

Für die Tätigkeiten in den beschriebenen Gebieten ist die Professur entsprechend ausgestattet, mit diversen Plasmaanlagen sowie Weltraumsimulationssystemen (bis 5m³). Die diagnostischen Verfahren beinhalten unter anderem auch Spektroskopie, Laserstreu- und Sondenmessungen. Modellierung wird sowohl auf physikalischer Basis und numerisch durchgeführt.

Bisherige öffentliche Fördergeber:

• DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft),
• AiF  (Arbeits­gemeinschaft industrieller Forschungs­vereinigungen),
• BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung),
• BMWi  (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz),
• ESA (European Space Agency),
• BMVg (Bundesministerium der Verteidigung),
• EU (European Union),
• BayFo (Bayerische Forschungsstiftung)