Kuriose Materialien mit spannenden Anwendungsmöglichkeiten

Humboldt-Forschungsstipendiat erforscht Ferrogele

Der koreanische Physiker Dr. Segun Goh interessiert sich für „Weiche Materie“. Zusammen mit Prof. Dr. Hartmut Löwen wird der Alexander von Humboldt-Forschungsstipendiat am Institut für Theoretische Physik II der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in den nächsten 24 Monaten über die Eigenschaften einer bestimmte Form der weichen Materie forschen, den sogenannten Ferrogelen. Diese exotischen Stoffe haben vielversprechende Einsatzfelder, von der Sensorik bis hin zur Medizin.

Wenn man Materialien zusammenquetscht, dann schrumpfen sie in der Regel. Dagegen gibt es keine mechanischen Auswirkungen, wenn man ein Metall magnetisiert. Ganz anders bei Ferrogelen: Diese lassen sich im Magnetfeld kontrolliert elastisch verformen, auch kann man ihre mechanischen Eigenschaften ändern. Diese ganz neuartigen Materialien bestehen aus einer gelartigen Grundsubstanz – meist Kunststoffe –, in die winzige, nur einige Mikrometer große magnetische Teilchen eingebettet sind.

Im Gegensatz zu normalen Materialien haben sie exotische Eigenschaften, die von außen gezielt steuerbar sind. Damit bieten sie sich für unterschiedliche Einsatzfelder an, etwa als justierbare Stoßdämpfer für Autos, als ultrasensitive Magnetfeldsensoren oder auch in der Medizin: Eines Tages können Ferrogele möglicherweise Wirkstoffe durch den Körper transportieren und diese durch einen gezielten äußeren Impuls genau an der Stelle aussetzen, wo sie zur Krankheitsbekämpfung gebraucht werden.

Dr. Segun Goh von der Seoul National University will diese Materialien besser verstehen. Und zwar nicht nur in ihrem vergleichsweise einfachen Gleichgewichtszustand. Es geht um Nicht-Gleichgewichtszustände, in denen die Materialien großen äußeren Kräften ausgesetzt sind, sie sich zum Beispiel in einem schnell veränderlichen Magnetfeld befinden. Dr. Goh entwickelt dazu Modelle, um die Eigenschaften studieren zu können. Sehr erfolgreich beschreibt er Ferrogele als Netzwerk von Federn, an deren Knotenpunkten Dipolmagnete sitzen.

An der HHU will Dr. Goh zusammen mit Prof. Löwen das Verhalten dieses Modell-Ferrogels in sich periodisch ändernden Magnetfeldern untersuchen. Beide wollen verstehen, wie stark sich die mechanischen Eigenschaften eines derartigen Kräften ausgesetzten Materials von denen im Ruhezustand unterscheiden. Neben Computersimulationen wollen die theoretischen Physiker auch mathematisch exakte Lösungen für solche Modelle finden. Der entscheidende Vorteil: Man erhält das volle Verständnis und nicht nur numerische Näherungswerte.

Prof. Löwen über das letztendliche Ziel: „Wenn wir das Modellsystem simuliert und analytisch beschrieben haben, untersuchen wir, wie sich ein Ferrogel verhält, wenn man es gezielt stört.“ In der realen Substanz geschieht dies durch Fremdkörper, die die Ordnung der Gelmatrix unterbrechen; im Modell werden einige Federn „durchtrennt“ und geschaut, wie sich diese Fehlstellen auf das gesamte Verhalten auswirken.

Zur Person

Dr. Segun Goh, geboren 1983 in Gunsan/Südkorea, studierte Physik an der Seoul National University. Er promovierte dort mit Auszeichnung im Jahr 2013 mit der Arbeit „Statistical Physics of Individual and Collective Human Movements“. Von 2013 bis März 2017 war er an der Seoul National University als Postdoc tätig. Im Jahr 2016 erhielt er ein Alexander von Humboldt-Forschungsstipendium, das er im April 2017 an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf antrat.

Dr. Goh forscht als theoretischer Physiker zu Themen der Weichen Materie, vor allem zur zeitlichen Entwicklung von Nicht-Gleichgewichtszuständen und dabei auftretenden Phasenübergängen.

Humboldt-Forschungsstipendien

Die Alexander von Humboldt-Stiftung ermöglicht jährlich über 2.000 Forschern aus aller Welt einen wissenschaftlichen Aufenthalt in Deutschland. Zu den Instrumenten der Stiftung gehören unter anderem die Humboldt-Forschungsstipendien, die an jährlich rund 450 promovierte Nachwuchswissenschaftler aus dem Ausland vergeben werden. Diese können damit ein langfristiges Forschungsvorhaben im Rahmen einer selbst gewählten Arbeitsgruppe an einer deutschen Universität oder Forschungseinrichtung realisieren.

Weitere Informationen: https://www.humboldt-foundation.de/web/humboldt-stipendium-postdoc.html

Dr.rer.nat. Arne Claussen
Stabsstelle Presse und Kommunikation

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Die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) ist seit 1965 die Universität der Landeshauptstadt und eine feste Größe in der deutschen Hochschullandschaft.

An ihrer Medizinischen, Mathematisch-Naturwissenschaftlichen, Philosophischen, Wirtschaftswissenschaftlichen und Juristischen Fakultät studieren rund 31.000 Studierende. Im Fokus der wissenschaftlichen Forschung stehen traditionell die Lebenswissenschaften. Zuletzt konnte im Rahmen der „Exzellenzinitiative“ von Bund und Ländern die Förderung eines Exzellenzclusters in der Pflanzenzüchtungsforschung gewonnen werden.

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Die junge Hochschule verfügt bereits über eine gewachsene Tradition: Sie ging aus der 1907 eingerichtete Medizinischen Akademie hervor. Im Jahre 1965 wurde vom Land NRW die heutige Universität gegründet. Die Hochschule startete mit drei Fakultäten: Medizinische Fakultät, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät sowie Philosophische Fakultät. 1988 in Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf umbenannt, erlebte die Hochschule ein dynamisches Wachstum. Sie wurde in den 1990ern um zwei weitere Fakultäten erweitert: die Wirtschaftswissenschaftliche und Juristische Fakultät. Heute forschen, lehren und arbeiten auf dem Campus rund 17.000 Studierende, mehr als 1.700 Lehrende sowie 850 weitere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Zum Start des Wintersemesters 2010/2011 konnte die Hochschule fast 4.000 neue Studierende begrüßen.

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