Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Nanotechnologie und deren Anwendung in Produkten und Prozessen ist mittlerweile ein Schlüsselwort in der industriellen Entwicklung geworden. Nanotechnologische Systeme, die in mindestens einer Raumdimension kleiner als 100 Nanometer sind, zeichnen sich durch ein großes Oberflächen zu Volumenverhältnis aus, woraus sich eine überwältigende Vielzahl von Eigenschaften ergibt die in voluminöseren Materialien nicht zu finden sind. Daraus ergeben sich schier unendlich viele Potentiale für Produkt- und Prozess-Verbesserungen, die bei weitem noch nicht einmal wissenschaftlich untersucht sind.
In unserer Abteilung haben wir begonnen die Nanotechnologie mit unserer Kompetenz in der mathematischen Optimierung zu unterstützen um die industrielle Nutzung der speziellen Eigenschaften, die sich aus dem großen Oberflächen zu Volumenverhältnis ergeben, zu befördern. In den bisherigen Projektbeispielen folgen wir dabei einem generellen Ansatz: mit Simulationen direkt auf der Nanoskale, meist mit Methoden die jedes einzelne relevante Atom berücksichtigen, werden die grundsätzlichen Eigenschaften von Nano-Systemen studiert und in Ersatzmodellen weiter verarbeitet, die dann auf makroskopischen Prozessskalen arbeiten.
Die Nano-Effekte werden dabei versteckt in z.B. effektiven Materialparametern. Mit Hilfe dieser Ersatzmodelle werden dann Prozesse und Produkte multi-kriteriell optimiert, sodass aufwendige Experimente mindestens reduziert werden und gleichzeitig optimale Prozess- und Produkt-Designs virtuell vorgeschlagen werden.
