Dr. S.-K. Rittinghaus: NanoSTeW
Belastbar und gleichzeitig hochleitfähig - geht das überhaupt? Genau dieser Frage widmet sich das Projekt "NanoSTeW". Ziel ist es, neue Materialien für den 3D-Druck zu entwickeln, die starke mechanische Eigenschaften mit effizienter Wärmeableitung verbinden und dabei auch nachhaltige Ansätze berücksichtigen.
Viele technische Bauteile stehen heute vor einem grundlegenden Zielkonflikt: Sie sollen gleichzeitig sehr fest und sehr gut wärmeleitend sein. Besonders deutlich wird dieses Problem bei Kupfer. Das Metall leitet Wärme hervorragend und wird deshalb häufig zur Kühlung eingesetzt, etwa in elektronischen Geräten. Gleichzeitig ist reines Kupfer jedoch vergleichsweise weich und für viele Anwendungen mechanisch nicht belastbar genug.
Eine mögliche Lösung sind Legierungen, also Mischungen aus Kupfer und anderen Metallen. Diese sind zwar fester, verlieren aber oft einen Teil ihrer hohen Leitfähigkeit. Damit bleibt ein zentrales Problem bestehen: Materialien, die beide Eigenschaften in sich vereinen, sind bislang kaum verfügbar.
Hier setzt das Projekt “NanoSTeW” an. Ziel ist es, ein neues Material zu entwickeln, das sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und sich zudem für den 3D-Druck eignet. Im Fokus steht dabei die Kombination von Kupfer mit winzigen Teilchen, sogenannten Nanopartikeln. Diese bestehen aus Silber und Yttriumoxid. Silber kann die Festigkeit erhöhen, ohne die Leitfähigkeit wesentlich zu verschlechtern. Yttriumoxid trägt dazu bei, dass das Material auch bei hohen Temperaturen stabil bleibt.
Die besondere Herausforderung besteht darin, diese drei Komponenten gezielt zu kombinieren und daraus ein neuartiges Pulver für die additive Fertigung zu entwickeln. Dieses Pulver wird im 3D-Druck eingesetzt, um Bauteile mit verbesserten Eigenschaften herzustellen. Die entwickelten Materialien werden anschließend in konkreten Anwendungen getestet. Dazu gehören Bauteile für die Luft- und Raumfahrt sowie Beschichtungen für Kühlsysteme in elektronischen Geräten. Solche Systeme spielen beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Temperaturregelung in der Elektromobilität.
Neben der Materialentwicklung ist die Nachhaltigkeit ein zentraler Bestandteil des Projekts. Ziel ist es, den gesamten Herstellungsprozess möglichst ressourcenschonend zu gestalten. Dazu wird unter anderem untersucht, inwieweit recyceltes Kupfer, etwa aus ausgedienten Solarpaneelen, eingesetzt werden kann. Gleichzeitig wird geprüft, wie Materialien aus Versuchen wiederverwertet werden können, wenn sie noch nicht die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
Mit diesem Ansatz leistet “NanoSTeW” einen Beitrag zur Entwicklung neuer Materialien, die leistungsfähig, vielseitig einsetzbar und zugleich ressourcenschonend sind.
Nachwuchsgruppenleiterin Dr. S.-K. Rittinghaus
Die Faszination für Werkstoffe und ihre Eigenschaften prägt die wissenschaftliche Laufbahn von Frau Dr. Rittinghaus seit ihrem Studium, das sie mit einem Master of Science an der RWTH Aachen abschloss. Anschließend widmete sie sich der anwendungsnahen Forschung im Umfeld der Fraunhofer-Gesellschaft und promovierte 2020 zu innovativen prozesstechnischen und materialwissenschaftlichen Fragestellungen.
Seit 2022 forscht sie an der Bergischen Universität Wuppertal zur Entwicklung neuer Materialien mit besonderem Fokus auf additive Fertigung und Hochleistungswerkstoffe. Ihr Ziel ist es, Werkstoffe gezielt so zu gestalten, dass sie anspruchsvolle technische Anforderungen erfüllen und zugleich nachhaltigere und ressourceneffizientere Lösungen ermöglichen. Seit 2025 leitet sie eine vom BMFTR geförderte Nachwuchsgruppe im Rahmen der “NanoMatFutur”-Initiative.