Prof. Dr. Karl Mandel: Nano-ID

Heute werden nahezu alle Produkte aus vielen unterschiedlichen Stoffen gefertigt. Dies gilt sowohl für Haushaltsgeräte, Fahrzeuge und Kleidung als auch für Elektrogeräte und Pharmaprodukte. Die zur Fertigung verwendeten Komponenten und Inhaltsstoffe kommen aus aller Welt und werden zu einem Produkt zusammengesetzt.

Materialien mit winzigem Fingerabdruck identifizieren und nachverfolgen

Hält man das Produkt in den Händen, ist es schwer nachzuvollziehen wo die einzelnen Komponenten ursprünglich herkamen. Neben einem Herkunftsnachweis wird es im Zuge der Digitalisierung der industriellen Produktion wichtiger, jedem Objekt eine Kennung zuzuordnen, damit das Produkt und seine Bestandteile eindeutig identifiziert werden können. Diese Kennung sollte im Besten Fall beispielsweise mit den Fertigungslinien kommunizieren. Dadurch wird die Automatisierung der Produktion unterstützt und ein entscheidender Schritt in der sogenannten Industrie 4.0 gemacht.
Durch das Recycling von Produkten soll ein nachhaltigerer Umgang mit Rohstoffen erreicht werden. Die einzelnen Inhaltsstoffe und Komponenten müssen eindeutig identifizierbar sein um entsorgte Produkte besser wiederverwerten zu können. Gelingt es die Komponenten eines Produktes sinnvoll voneinander zu trennen, können sie erneut in der Produktion eingesetzt werden. Dadurch wird Ihnen ein „zweites Leben“ geben. Dazu muss die Kennzeichnung der Komponenten eindeutig und unverwüstlich sein.

Für ein besseres Recycling ist eine preisgünstige und zuverlässige Technik zur Kennzeichnung von Objekten wünschenswert. Bei den bisher existierenden Lösungsansätzen gibt es noch viele Einschränkungen. Die Systeme können bisher nur auf jeweils ausgesuchte Materialien und Produktkomponenten eingesetzt werden. Um sich durchsetzen zu können muss eine universell anwendbare Methode entwickelt werden. Auch die weiter fortschreitende Miniaturisierung stellt die bisherigen Systeme vor Probleme. Die Kennzeichnung muss auch in kleinsten Teilen wie z.B. Mikrochips verwendbar sein.

Hier setzt das Projekt Nano-ID von Dr. Karl Mandel an. Er möchte Eigenschaften nanoskaliger Bausteine verwenden, um Objekte zu Kennzeichnen. Nanopartikel haben im Vergleich zu größeren Partikeln aus denselben Elementen besondere physikalische Eigenschaften. So besitzen kleine Eisenoxid-Partikel z.B. magnetisch schaltbare Eigenschaften und verhalten sich damit ganz anders als größere Eisenoxid-Partikel; oder Gold Nanopartikel weißen ein – je nach Größe - breites Farbspektrum von violett bis rot auf, statt des typischen goldenen Glanzes, den man von Schmuck kennt. Die Idee von Nano-ID ist es, Grundstoffe, Materialien und Produktkomponenten dauerhaft und nachhaltig zu markieren und mit einfachen physikalischen Methoden erkennbar zu machen.

Dazu sollen jeweils mehrere Nanopartikel mit bestimmten physikalischen Eigenschaften zu einem größeren, mikroskaligen Partikel kombiniert werden. Dieses Mikropartikel, also ein Partikel mit einem Durchmesser von deutlich weniger als der Dicke eines Menschlichen Haares, hat dann alle Eigenschaften der kleineren Partikel in sich vereint bzw. kombiniert. Durch diese Kombination besitzt das Partikel eine einzigartige, auslesbare Identität – ähnlich wie ein Fingerabdruck - die zur Kennzeichnung von Rohstoffen oder Komponenten verwendet werden soll.

So ermöglicht das Vorhaben Nano-ID eine Objektkennzeichnung, die vielfältig eingesetzt werden kann. Sie trägt zu einer besseren Nachverfolgbarkeit von Rohstoffen und einem nachhaltigeren Umgang von Ressourcen bei. Aber auch für den Schutz vor Plagiaten und Nachahmungen kann sie verwendet werden.

 

Nachwuchsgruppenleiter Prof. Dr. Karl Mandel

Karl Mandel studierte Geowissenschaften in München und Materialwissenschaften in Ulm und Oxford und promovierte 2013 in Würzburg im Fach Chemie. Anschließend bekam er das Angebot die Abteilung Partikeltechnologie am Fraunhofer ISC in Würzburg zu leiten. Das Fraunhofer ISC beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit chemischer Materialsynthese. Seit Sommer 2018 leitet er die Nachwuchsgruppe NANO-ID im BMBF NanoMatFutur Programm. Parallel dazu war Karl Mandel von November 2015 bis Januar 2020 Habilitand an der Fakultät für Chemie und Pharamzie der Universtität Würzburg. Zum 01.05.2020 hat er einen Ruf auf eine Professur für Anorganische Chemie an der Universität Erlangen angenommen.