Jungwissenschaftler 2013

Stefan Breuer

Die Auszeichung von Stefan Breuer als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen in der anwendungsorientierten Grundlagenforschung zur Weiterentwicklung der neuesten Generation von Quantenpunkt-basierten Halbleiterlasern.

Zu Stefan Breuer

Bereits während des Ingenieur- und des Physikstudiums sowie der Physik-Promotion konnte Stefan Breuer die faszinierenden Eigenschaften von Halbleiterlasern studieren und das Verständnis ihrer besonderen Emissionsdynamik vertiefen. Aktuell arbeitet er interdisziplinar innerhalb dreier Forschungsschwerpunkte, die alle auf den besonderen Eigenschaften quantenpunktbasierter Lichtquellen aufbauen – angefangen bei der Exploration der gekoppelten Zweizustandsemission, welche einen neuen Freiheitsgrad in der Interferometrie eröffnet und gewinnbringend in der Velozimetrie genutzt werden kann. Im von Breuer untersuchten Gebiet der Bildgebung in der Mikrofluidik verspricht diese Zweizustandsemission weitere Vorteile: So werden Methoden zur Stabilisierung ultrakurzer optischer Pulse aus Quantenpunktlasern entwickelt und untersucht. Die Optimierung der Pulsleistung fur die Bildgebung in der nichtlinearen Mikroskopie stellt dabei einen anwendungsorientierten Schwerpunkt dar. Breuers Forschung und Lehrtatigkeit wurde 2010 mit dem Gerhard-Herzberg-Forschungspreis und 2013 mit dem Adolf-Messer-Preis und dem Athene- Preis fur Gute Lehre ausgezeichnet.

Massgeschneiderte Quantenpunkt-Halbleiterlaser – innovativ, schnell und vielseitig

Maßgeschneiderte Halbleiterlaser basierend auf Nanometer großen Quantenpunkten besitzen einzigartige elektronische und optische Eigenschaften und stehen im Fokus aktueller Grundlagenforschung: Die ultraschnelle Ladungsträgerdynamik erlaubt die Entwicklung hochkompakter Quantenpunktlaser zur Sub-Pikosekunden-Pulserzeugung z. B. für Anwendungen in der nichtlinearen Mikroskopie. Weiterhin ermöglicht die gezielte Umkehr der klassischen energetischen Abfolge der Lichtemission die Realisierung kontaktloser Laser-Velozimetrie- Konzepte zur optimierten Detektion diffus-reflektierender Objekte z. B. in der Mikrofluidik. Die Erforschung und Entwicklung dieser innovativen Quantenpunkt- Emitter erfolgt interdisziplinär in enger Abstimmung mit Halbleitertechnologie- und Theoriegruppen um die Laser in Schlüsselanwendungen zum Einsatz zu bringen und die zugrunde liegende Physik noch besser zu verstehen.

Andreas Burghardt

Die Auszeichung von Andreas Burghardt als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet des Pulverspritzgusses, die maßgeblich zur Verbesserung des mikroskopischen Verständnisses der Handhabbarkeit insbesondere nanoskaliger Werkstoffe im Fertigungsprozess beigetragen haben.

Zu Andreas Burghardt

Von 1999 bis 2005 studierte Andreas Burghardt Werkstoffwissenschaft an der TU Berlin mit Studienaufenthalten in den USA und Neuseeland. Danach folgte seine Industriepromotion bei der Robert Bosch GmbH als Doktorand des Karlsruher Instituts für Technologie zum Thema „Herstellung und Eigenschaften von Keramik aus nano-ZrO2“. Seit 2008 ist Burghardt als Forschungsingenieur im Bereich Sinter- und Funktionswerkstoffe in der Zentralen Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH tätig. Arbeitsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung des Metallpulverspritzgießens, wobei die physikalisch-chemischen Grundlagen der einzelnen Prozessschritte wie interpartikuläre Wechselwirkungen in der Dispersion, rheologisches Verhalten und die Verdichtung beim Sintern eine wichtige Rolle spielen. Daneben beschäftigt er sich mit der Erschließung neuer hochfester oder sehr leichter Werkstoffe für das Metallpulverspritzgießen. Seit jüngster Zeit nehmen auch die pulverbasierten 3D-Druckverfahren einen immer größeren Raum ein.

Pulvertechnologische Formgebungsverfahren – Vom Pulverkorn zum Bauteil

Mit pulvertechnologischen Formgebungsverfahren lassen sich komplexe Bauteile aus Metall oder Keramik herstellen. Für diese Verfahren sind Dispersionen mit bis zu 70 Vol.-% Feststoffgehalt nötig, was nur durch die Überwindung der anziehenden van-der-Waals-Kräfte mit Hilfe von Dispergatoren zu erreichen ist. Bei der Verwendung von Nano-Pulvern ist die Anziehung so stark, dass herkömmliche Dispergatoren nicht mehr wirken. Ein hochviskoser Thermoplast als Medium verhindert die Agglomeration der Nano-Partikel zwar wirksam, allerdings adsorbieren die Polymermoleküle vollständig auf den Nano-Partikeln, sodass die Dispersion ihre Plastizität verliert. Durch einen neuen Ansatz kann die Adhäsionsenergie der Polymermoleküle so weit verringert werden, dass auch Dispersionen mit Nano-Pulvern verarbeitbar bleiben.

Gesine Grosche

Die Auszeichung von Gesine Grosche als Jungwissenschaftlerin der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung ihrer wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der Verteilung optischer Frequenzen mit höchster Genauigkeit über optische Telekommunikationsfasern. Die von ihr entwickelten Technologien und Verfahren sind nach heutiger Kenntnis die einzigen Methoden, um das volle Potential optischer Atomuhren zukünftig nutzbar zu machen.

Zu Gesine Grosche

Nach dem Abitur 1990 studierte Gesine Grosche Naturwissenschaften und Physik am Trinity College, Universität Cambridge (UK), wo sie eine Bachelorarbeit zu Ladungstransport und Exzitonbildung in LED-Polymeren erstellte. Von 1993-1997 promovierte sie am Imperial College, Universität London, im Gebiet Halbleiterphysik, über „Infrared absorption due to gap and local vibrational modes in gallium phosphide“. Seit 1997 in Braunschweig, zunächst als Post-Doc an der TU Braunschweig mit Arbeiten zur Laser-Doppler- Anemometrie vom Flugzeug aus, gehört sie seit 2000 der Abteilung Optik der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt an. Sie leitete dort zunächst ein EU-Projekt zur Entwicklung präziser Wellenlängenreferenzen für die optische Nachrichtentechnik, und erforschte und entwickelte dann u. a. die metrologische Verwendung glasfaserbasierter Femtosekundenlaser als Frequenzkämme für hochpräzise Frequenzvergleiche. Seit 2002 verfolgt sie die Vision einer glasfasergestützten Weitergabe höchstpräziser Frequenzen und leitet seit 2013 die neu eingerichtete PTB-Arbeitsgruppe „Frequenzübertragung mit Glasfasern“. Sie erhielt 2012 den „Young Scientist Award“ des European Frequency and Time Forum.

Auf 19 Stellen genau messen – Präzisionsexperimente mit Glasfasern

Das weltweite, für die Telekommunikation verlegte Glasfasernetz eröffnet neue Möglichkeiten für höchstpräzise Messungen und Vergleichsexperimente über weite Distanzen: quer durch Deutschland, in den nächsten Jahren vielleicht sogar quer durch Europa. Dabei vergleichen wir mittels optischer Interferometrie die Phase von Laserlicht an den beiden Enden einer bis zu 2.000 km langen Telekommunikations- Glasfaser. So holen wir das entfernte Ende der Glasfaser z. B. in ein Präzisionslabor der PTB, wo spezielle Messinstrumente stehen. Dies erlaubt Spektroskopie-Experimente mit zuvor unerreichbarer Genauigkeit: die Frequenzauflösung liegt bei etwa einem Teil in 1.018. Als Vergleich: wenn wir ähnlich genau den Abstand zwischen Erde und Mond messen könnten (~380.000 km), würde das einer Auflösung von einem 100.000stel der Dicke eines Haares (40 μm) entsprechen.

Alexander Joos

Die Auszeichung von Alexander Joos als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der autonomen und semi-autonomen Fluggeräte, insbesondere bei der Entwicklung von hocheffizienten Systemtechnologien.

Zu Alexander Joos

Nach dem Studium der Luft- und Raumfahrttechnik nahm Alexander Joos Ende 2007 am Institut für Flugmechanik und Flugregelung der Universität Stuttgart eine Stelle als wissenschaftlicher Mitarbeiter an. Seit Anfang 2014 arbeitet er dort als Post-Doc. Mitte 2014 wurde er zum Akademischen Rat ernannt.

Der Schwerpunkt seiner Forschungsarbeiten liegt auf der Automatisierung bemannter und unbemannter Flugzeuge und helikopterähnlicher Systeme, mit dem speziellen Fokus auf der Flugregelung und Bewegungsplanung. Ergebnisse und Weiterentwicklungen seiner Arbeiten finden in verschiedenen Fluggeräten praktische Anwendung. Er betreut mehrere Doktoranden und Studenten und hat bereits über 15 studentische Abschlussarbeiten begleitet. Darüber hinaus hat er mehrere Lehrveranstaltungen im Bereich der Flugregelung und der Flugmechanik aufgebaut und gehalten. Neuerdings unterstützt und vertritt er zudem die Institutsleitung in organisatorischen Angelegenheiten.

Unbemannte Fluggeräte: Vorteile, Anwendungen und technische Herausforderungen

Unbemannte Fluggeräte (UAS) bieten einzigartige Vorteile, wie die Einsatzfähigkeit in risikoreicher Umgebung, der geringe Aufwand im Betrieb durch zunehmende Miniaturisierung, sowie geringe Kosten. Sie werden deswegen bereits in einer Vielzahl von Anwendungen, wie der Meteorologie, der Erdvermessung oder bei Suchaktionen eingesetzt und die Zahl der Einsatzfelder wächst stetig. Viele dieser Anwendungen werden erst durch Autopilotensysteme mit entsprechenden Algorithmen und Bordrechnern ermöglicht. Durch die zunehmende Miniaturisierung der UAS sinkt jedoch die Nutzlastkapazität der UAS für Autopilotensysteme, was die Entwicklung effizienter Algorithmen und Bordrechner erfordert. Zu diesen Aspekten des Betriebs von UAS gibt das vorliegende Dokument einen kurzen Überblick.

Stefan Kaluza

Die Auszeichung von Stefan Kaluza als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der heterogenen Katalysatoren, insbesondere hinsichtlich der Verbesserung des Verständnisses von katalytischen Umsetzungsprozessen von Synthesegas.

Zu Stefan Kaluza

Stefan Kaluza hat Chemie an der Universität zu Köln studiert. Seine Diplomarbeit zum Thema HCl-Elektrolyse fertigte er 2005 bei Bayer Technology Services in Leverkusen an. Im Anschluss begann Stefan Kaluza seine Promotion am Lehrstuhl für Technische Chemie der Ruhr-Universität Bochum. Unter der Leitung von Prof. Martin Muhler beschäftigte sich Stefan Kaluza intensiv mit der Präparation von Katalysatoren für die Methanolsynthese.

Nach erfolgreichem Abschluss im Jahre 2009 übernahm er am Lehrstuhl eine Gruppenleitung und koordinierte mehrere Industrieprojekte. 2012 wechselte er im Rahmen des Fraunhofer-Programms „Attract“ zur Förderung herausragender Nachwuchswissenschaftler an das Fraunhofer- Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen. Zurzeit leitet Stefan Kaluza dort die Gruppe „Katalytische Verfahren“. Die Gruppe beschäftigt sich intensiv mit der Entwicklung und Optimierung heterogener Katalysatoren sowie deren Anwendung in der Synthesegaschemie.

Katalysatorentwicklung für eine erfolgreiche Energie- und Rohstoffwende

Um sich langfristig von einer fossilbasierten Energie- und Chemiewirtschaft zu lösen, müssen alternative Verfahren auf Basis erneuerbarer Energien und nachwachsender Rohstoffe entwickelt werden. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Katalyse. Ausgehend von Biomasse, Biogas oder einem Gemisch aus CO2 und regenerativ erzeugtem Wasserstoff lassen sich durch optimales Zusammenspiel von Katalysator und Prozessbedingungen wichtige Energieträger und Basischemikalien herstellen, die in die vorhandenen Synthesewege der chemischen Industrie integrierbar sind. Die große Herausforderung besteht dabei in der Anpassung der Katalysatorsysteme an die veränderte Rohstoffbasis sowie deren Optimierung in Hinblick auf eine verbesserte Energieeffizienz des Gesamtprozesses.

Meike List

Die Auszeichung von Meike List als Jungwissenschaftlerin der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung ihrer besonderen Leistungen auf dem Gebiet der angewandten Raumfahrtechnologie und der Gravitationsforschung, die durch ihre umfangreichen interdisziplinären Expertisen als Systemingenieurin und Gravitationstheoretikerin möglich werden.

Zu Meike List

Meike List hat im Jahr 2005 ihr Physikstudium mit der Diplomarbeit „Rotierende Bosonensterne in (3+1) Dimensionen“ abgeschlossen. Im direkten Anschluss konnte sie ihre Stelle als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) antreten. In der folgenden Zeit bis Herbst 2013 war sie dort in mehreren Projekten im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik tätig und schloss parallel dazu ihre Promotion mit dem Thema „Non-topological Solitons in 4 and 5 Dimensions“ an der Universität Oldenburg ab. Im Herbst 2013 übernahm List die wissenschaftliche Geschäftsführung für die Beantragungsphase des Sonderforschungsbereichs 1128 „geo-Q“, die im Frühjahr 2014 höchst erfolgreich abgeschlossen wurde. Im Sommer 2014 entschied sich List für eine Rückkehr in die Wissenschaft und arbeitet nun an der Vorbereitung der Datenauswertung der Kleinsatellitenmission MICROSCOPE.

Modellierung von orbitalen Umwelteinflüssen und deren Auswirkung auf die Satellitenmission MICROSCOPE

Die Modellierung von Störeinflüssen ist von großem Interesse für die Konzeptionierung von wissenschaftlichen Satellitenmissionen. Nur mit Hilfe der Analyse entsprechender Effekte vor dem Start einer Satellitenmission kann das Systemdesign optimiert werden. Mit Hilfe von Simulationen und experimentellen Tests wird die Performance einzelner Komponenten des Gesamtsystems evaluiert und schrittweise an die Anforderungen des Experiments angepasst. Mit Hilfe des High Performance Satellite Dynamics Simulator (HPS) ist es möglich, Umweltstöreinflüsse zu modellieren und in Bewegungsgleichungen, welche die Orbitdynamik beschreiben, zu berücksichtigen. Der Artikel gibt eine Übersicht über die Struktur und Möglichkeiten des HPS, als Beispiel wird die Kleinsatellitenmission MICROSCOPE betrachtet.

Christian Platschek

Die Auszeichung von Christian Platschek als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlicher Leistungen auf dem Gebiet der technischen und organisatorischen Strukturuntersuchung von kleinen Wasserversorgungsunternehmen. Die Ergebnisse seiner Arbeit tragen dazu bei, die Versorgungssicherheit in ländlichen Räumen weiter zu verbessern.

Zu Christian Platschek

Christian Platschek studierte von 2001 bis 2005 Bauingenieurwesen an der Universität der Bundeswehr in München. Im Anschluss an seine Dienstzeit als Offizier wechselte er 2010 als wissenschaftlicher Mitarbeiter an die Professur für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der UniBwM. Hier bearbeitet Platschek Forschungsthemen im Bereich der Trinkwasserversorgung. Gemäß dem Wasserhaushaltsgesetz ist eine ortsnahe Wasserversorgung mit dem Ziel einer Vermeidung bzw. Verlagerung von z. B. Umweltkosten anzustreben. So fördern z. B. allein in Bayern über 40 % der Wasserversorger lediglich 4 % der gesamten Trinkwassermenge. Zu solch kleinen Unternehmen gibt es derzeit, trotz ihrer verhältnismäßig großen Anzahl, kaum belastbare Aussagen über deren nachhaltige Arbeitsweise. Platschek arbeitet an einer Methodik, verlässliche Unternehmensdaten zu generieren und auszuwerten, um daraus praktikable Handlungsempfehlungen für diese Unternehmen zu erarbeiten.

Optimierungsansätze für eine zukunftsfähige Wasserversorgung durch kleine Unternehmen in Bayern

Unabhängig von der Unternehmensgröße gelten für Wasserversorger in Deutschland die gleichen technischen Vorgaben und Anforderungen an die Trinkwasserqualität. Um eine sichere Wasserversorgung in den Bereichen der Ressource, der Anlagentechnik und des Betriebes zu gewährleisten, müssen alle Wasserversorgungunternehmen (WVU) nachhaltig und zukunftsorientiert handeln. Sich verändernde Randbedingungen wie der Klimawandel oder der demografische Wandel treffen kleinere WVU in besonderem Maße. Speziell für sie ist es aber oft nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand möglich, die notwendigen Maßnahmen in Bezug auf eine nachhaltige Wasserversorgung umzusetzen. Anhand verschiedener Auswertungen konnte festgestellt werden, dass durch die Umsetzung konkreter Maßnahmen im Rahmen der interkommunalen Kooperation ein hohes Maß an Synergieeffekten erreicht werden kann.

Benny Rievers

Die Auszeichung von Benny Rievers als Jungwissenschaftler der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring erfolgt in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der Satellitentechnik, insbesondere für die Entwicklung neuer numerische Methoden zur präzisen Bestimmung des Einflusses von Solar-, Thermal-, Albedo- und Infrarotstrahlung auf die Trajektorien von Satelliten.

Zu Benny Rievers

Benny Rievers hat im Jahr 2006 sein Diplom in Maschinenbau an der TU Braunschweig mit der Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik erworben. In dieser Zeit studierte er ein Semester an der University of Rhode Island (USA) und beschäftigte sich in seiner Diplomarbeit mit der numerischen Analyse eines Einschlag- Energiedetektors für Space Debris. Nach dem Studium trat er eine Anstellung als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrograviation (ZARM) der Universität Bremen an, wo er 2012 seine Promotion mit dem Thema „High precision modelling of thermal perturbations with application to Pioneer 10 and Rosetta“ mit Auszeichnung abschloss. Seit 2012 arbeitet er als Postdoktorant am ZARM und beschäftigt sich mit der Entwicklung hochpräziser Modelle für die Analyse von nicht-gravitativen Störungen auf Satellitenbahnen. Für seine Untersuchungen zur „Pioneer-Anomalie“ wurde ihm die Zeldovich-Medaillie der COSPAR und der Russischen Akademie der Wissenschaften in der Kategorie „Fundamental Physics in Space“ verliehen.

Hochpräzise Modellierung von nicht-gravitativen Orbitstörungen

Für wissenschaftliche Raumfahrtexperimente mit hohen Anforderungen an die Bestimmung von Position, Geschwindigkeit und den auf Experiment und Satelliten wirkenden Beschleunigungen müssen neben den gravitativen Einflüssen nicht-gravitative Einflüsse wie Solardruck und Thermaldruck mit hoher Präzision vorhergesagt werden. Während im Fall des Solardrucks Störbeschleunigungen durch die Interaktion mit solaren Photonen verursacht werden, ist beim Thermaldruck die Verteilung der vom Satelliten abgestrahlten Energie maßgeblich. Der Artikel gibt eine Übersicht über hochpräzise numerische Modelle zur Berechnung von Solar- und Thermaldruck, die die detaillierte Geometrie eines Satelliten miteinbeziehen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse detaillierter Störkraftanalysen für die Mission Pioneer 10 und Rosetta vorgestellt.