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HZB Newsroom

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Suchergebnisse - Rubrik: Science Highlight

Das HZB-Team konnte mit zeitaufgelösten Mikrowellenmessungen die Photoleitfähigkeit in den dünnen Rostschichten bestimmen, hier ein Bild des Messaufbaus.
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Grüner Wasserstoff: Israelisch-deutsches Team löst das Rätsel um Rost Metalloxide wie Rost eignen sich als Photoelektroden, um „grünen“ Wasserstoff mit Sonnenlicht zu erzeugen. Doch trotz jahrzehntelanger Forschung an diesen preisgünstigen Materialien sind die Fortschritte begrenzt. Warum?
Aus den Messdaten konnte das Team ermitteln, dass sich die Xenon-Atome zunächst einlagig die Innenwände der Poren auskleiden (Zustand 1), bevor sie sie auffüllen (Zustand 2). Der Röntgenstrahl dringt hier von unten durch die Probe.
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BESSY II: Ein- und Auswanderung von Gastatomen in nanoporöser Speicherstruktur... Batterieelektroden, Gas-Speicher und manche Katalysatormaterialien besitzen winzige Poren, die Raum für Atome bieten. Nun hat erstmals ein Team direkt ermittelt, wie genau Gast-Atome in poröse Strukturen einwandern.
Elektronendichtekarte des antiviral aktivsten Wirkstoffs Calpeptin (gelb), der an die Hauptprotease bindet.
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Kandidaten für Coronamedikamente an Röntgenlichtquelle von DESY identifiziert Das MX-Team aus dem HZB hat dabei einen Teil der Messdaten mit speziellen Analyseprogrammen untersucht, um passende Wirkstoffe zu identifizieren.
So könnte der Panzerfisch ausgesehen haben, der vor 380 Millionen Jahren lebte.
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Tomographie bringt Einblicke in die frühe Evolution der Knochen Ein Team von Paläontologen hat nun erstmals in rund 400 Millionen Jahre alten Fossilien von Meereslebewesen Knochenzellen nachgewiesen. Und zwar mit bildgebenden Methoden aus der Batterieforschung am HZB.
Das Video zeigt die Veränderungen der Kristallstruktur zeigt. Grau: Pb, Braun: Br, Schwarz: C, Blau: N; Weiß: H
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Neue Einblicke in die Struktur von organisch-anorganischen Hybrid-Perowskiten Nun hat ein Team am HZB mit einer vierdimensionalen Modellierung Strukturdaten von Methylammonium-Bleibromid interpretiert und dabei inkommensurable Überstrukturen und Modulationen der vorherrschenden Struktur identifiziert.
Mit einer leitfähigen AFM Spitze wird die Probenoberfläche einer a-Si:H/c-Si Grenzfläche unter Ultrahochvakuum auf der nm-Skala abgetastet und so die Tranportkanäle der Ladungsträger über Defekte im a-Si:H (rote Zustände im vergrößerten Ausschnitt) sichtbar gemacht.
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Solarzellen: Verluste auf der Nanoskala sichtbar gemacht Nun hat erstmals ein Team am HZB und der University of Utah, USA, experimentell gezeigt, wie solche Kontaktschichten auf der Nanometerskala Verlustströme generieren und was deren physikalischer Ursprung ist.
Mit einem neuen Instrument an BESSY II lassen sich Molybdän-Sulfid-Dünnschichten untersuchen, die als Katalysatoren für die solare Wasserstoffproduktion interessant sind. Ein Lichtpuls löst einen Phasenübergang von der halbleitenden in die metallische Phase aus und verstärkt so die katalytische Aktivität.
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Instrument an BESSY II zeigt, wie Licht MoS2-Dünnschichten katalytisch aktiviert Dünnschichten aus Molybdän und Schwefel gehören zu einer Klasse von Materialien, die als (Photo)-Katalysatoren infrage kommen. Solche günstigen Katalysatoren werden gebraucht, um mit Sonnenenergie auch den Brennstoff Wasserstoff zu erzeugen.
Die Elektronenmikroskopie zeigt die Graphenprobe (grau), in der der Heliumstrahl ein Lochmuster erzeugt hat, so dass die Dichte periodisch variiert. Dadurch kommt es zur Überlagerung von Schwingungsmoden und es öffnet sich eine mechanische Bandlücke. Die Frequenz dieses phononischen Systems lässt sich durch mechanische Spannung zwischen 50 MHz und 217 MHz einstellen.
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Neue Talente von Graphen: Durchstimmbare Gitterschwingungen Ein Team der Freien Universität Berlin und des Helmholtz-Zentrums Berlin hat Graphen mit einem Helium-Ionen-Mikroskop mit einem Lochmuster versehen und dadurch einen phononischen Kristall mit durchstimmbarer Resonanzfrequenz erzeugt.
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Beschleunigerphysik: Experiment zeigt neue Optionen für... Mit dieser Methode wären spezialisierte Synchrotronstrahlungs-Quellen potenziell in der Lage eine Lücke im Arsenal verfügbarer Lichtquellen zu füllen und die Vorausetzung für industrielle Anwendungen zu bieten.
Die "Tinte" aus Perowskit-Vorstufe, Lösungsmittel und Zusatzstoff kommt aus einer schlitzförmigen Düse und beschichtet das darunter entlangfahrende Glassubstrat.
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Wie das Salz in der Suppe: Die perfekte Mischung für effiziente... Solarzellen, die das Sonnenlicht so effizient wie Silizium in elektrische Energie umwandeln, sich dabei aber einfach und aus kostengünstigen Materialien herstellen lassen – für Materialforscher ist das ein langgehegter Traum. Dem sind Wissenschaftler ...
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Weltweit erste Videoaufnahme eines Raum-Zeit-Kristalls gelungen Mithilfe des Rasterröntgenmikroskops MAXYMUS an Bessy II am Helmholtz Zentrum Berlin konnten sie die periodische Magnetisierungsstruktur in einem Kristall sogar filmen.
Die elektronische Struktur komplexer Moleküle kann aus RIXS-Daten an BESSY II errechnet werden.
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Blackbox-Verfahren für superschnelle Ergebnisse Die Auswertung von RIXS-Daten erfordert bisher sehr lange Rechenzeiten. Ein Team an BESSY II hat nun ein neues Simulationsverfahren entwickelt, das diese Auswertung stark beschleunigt.
TEM-Aufnahme einer α-SnWO4 Dünnschicht (pink), die mit 20 nm NiOx (grün) beschichtet wurde. An der Grenzfläche bildet sich eine weitere extrem dünne Schicht.
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Solarer Wasserstoff: Photoanoden aus α-SnWO4 versprechen hohe Wirkungsgrade Nun hat ein Team am HZB bei BESSY II untersucht, was an der Grenzfläche zwischen der Photoanode und der Schutzschicht passiert.
Die Verteilung der Phononen ist zunächst komplex (obere Kurven) und vereinfacht sich mit der Zeit zu einer Gausschen Glockenkurve (untere Kurve).
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Wie sich komplexe Schwingungen in einem Quantensystem mit der Zeit vereinfachen Das Experiment fand an der Technischen Universität Wien statt, während die theoretischen Überlegungen von einer gemeinsamen Forschergruppe der Freien Universität Berlin und des HZB durchgeführt wurden.
Die Illustration zeigt schematisch den Aufbau der Tandemsolarzelle.
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Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen an der Schwelle zu 30 % Wirkungsgrad Die Tandemzelle zeigt selbst ohne Verkapselung über 300 Stunden eine stabile Leistung. Die Gruppe um Steve Albrecht hat dafür physikalische Prozesse an den Grenzflächen untersucht und gezielt den Ladungsträgertransport verbessert.
Schematische Darstellung: Aus der Tinte bildet sich über Zwischenphasen eine polykristalline Perowskit-Dünnschicht.
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Perowskit-Solarzellen: Auf dem Weg zum gezieltem Design von Tinten für die... Für die Herstellung von Perowskit-Filmen für große PV-Module werden oft „Tinten“ verwendet, die aus mehreren Komponenten bestehen. Ein HZB-Team hat nun an BESSY II analysiert, wie die Kristallisationsprozesse in solchen Mischungen ablaufen.
Das während des Ladevorgangs aufgenommene Tomogramm zeigt die ortsaufgelösten Veränderungen der Graphit-Elektrodendicke einer wiederaufladbaren Aluminium-Ionen-Batterie im entladenen und geladenen Zustand.
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Nutzerforschung an BESSY II: Graphitelektroden für wiederaufladbare Batterien... Ein Team von der Technischen Universität Berlin hat an der EDDI Beamline von BESSY II untersucht, wie sich während des Zyklierens (operando) die Morphologie der Graphit-Elektroden reversibel verändert.
Mit der Zeit verändert sich der lokale pH-Wert (hier in einem Elektrolyten mit 0.5 M K2SO4).
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Grüner Wasserstoff: Auftrieb im Elektrolyten sorgt für Konvektionsströmung Wasserstoff lässt sich klimaneutral mit Sonnenlicht produzieren. Aber auf dem Weg vom Labormaßstab zu einer großtechnischen Umsetzung gibt es noch Hürden. Nun hat ein Team am HZB Strömungsprozesse im Elektrolyten sichtbar gemacht...
Neun Proben mit unterschiedlicher Zusammensetzung: von reinem CsPbBr2I (Tinte 1, links) bis zu reinem CsPbI3 (Tinte 2 rechts).
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Solarenergie: Cäsium-basierte anorganische Halogenid-Perowskite kartiert Die Studie bietet eine schnelle und einfache Methode zur Bewertung neuer Zusammensetzungen von Perowskitmaterialien, um Kandidaten für Anwendungen in Dünnschichtsolarzellen und optoelektronischen Bauelementen zu identifizieren.
Die Fermioberfläche eines GeTe-Kristalls (111) konnte an BESSY II experimentell ermittelt werden.
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Informationstechnologie: Besonderheiten von Germaniumtellurid auf der Nanoskala... Germanium-Tellurid (GeTe) ist ein interessantes Material für die Spintronik. Nun hat ein russisch-deutsches Team an BESSY II gezeigt, wie sich die Spintextur in GeTe-Einkristallen durch ferroelektrische Polarisation in Nanodomänen umschalten lässt.
Auf Basis der Messdaten errechnetes Strukturmodell von hochporösem a-Si:H, das sehr rasch abgeschieden wurde. Dicht geordnete Domänen (DOD) sind blau und Hohlräume rot gezeichnet. Die graue Schicht stellt die ungeordnete a-Si:H-Matrix dar. Die runden Ausschnitte zeigen die Nanostrukturen vergrößert bis zur atomaren Auflösung (unten, Si-Atome: grau, Si-Atome an den Oberflächen der Leerräume: rot; H: weiß)
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Ordnung in der Unordnung: Dichtefluktuationen in amorphem Silizium entdeckt a-Si:H-Dünnschichten werden in Solarzellen, TFT-Displays und Detektoren eingesetzt. Eine neue Studie zeigt, dass sich drei Phasen innerhalb der amorphen Matrix bilden, die Qualität und Lebensdauer der Halbleiterschicht dramatisch beeinflussen.
Ultrakalte Atome in einem optischen Gitter zählen zu den betrachteten Quantensystemen.
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Theoretische Physik: Modellierung zeigt, welche Quantensysteme sich für... Ein Team hat einen Weg aufgezeigt, um die quantenphysikalischen Eigenschaften komplexer Festkörpersysteme zu simulieren. Und zwar mithilfe von komplexen Festkörpersystemen, die experimentell untersucht werden können.
Skalierbare großflächige BiVO4-Photoanode auf FTO mit Ni-Stromabnehmern.
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Solarer Wasserstoff: Maß für die Stabilität von Photoelektroden Nun hat ein Team am HZB in internationaler Zusammenarbeit die Korrosionsprozesse von hochwertigen BiVO4-Photoelektroden untersucht. Diese Arbeit zeigt, wie die Stabilität von Photoelektroden verbessert werden kann.
(a,b) Kryo-Elektronenmikroskopie des 2D-Gitters sowie das Beugungsmuster eines Ausschnitts. (c-e) Die Vergrößerung zeigt das 2D Pascal-Dreiecksmuster, mit den eingefügten Protein-Molekülen.
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Nanomuster aus Protein-Molekülen unter dem Kryo-Elektronenmikroskop Ein HZB-Team konnte mit Kryo-Elektronenmikroskopie in einer Probe aus Proteinen regelmäßige, zweidimensionale Strukturen in der Form von Pascal-Dreiecken nachweisen. Die Proben wurden von chinesischen Kooperationspartnern synthetisiert.
Dr. Michael Tovar am FALCON-Instrument der BER II Neutronenquelle.
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Perowskit-Materialien: Neutronen zeigen Zwillingsbildung in Halid-Perowskiten Eine Untersuchung mit der Laue-Kamera an der Neutronenquelle BER II konnte nun aufklären, dass es beim Auskristallisieren auch bei Raumtemperatur zur Zwillingsbildung kommt.
Abbildung einer großflächigen Silizium-Perowskit-Tandemsolarzelle
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Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen: Neue Anlagen ebnen den Weg zu einer... Zwei neue und innovative Fertigungsanlagen für Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen
Periodische Metaoberflächen (grau) können die Photon Aufkonvertierung durch Nanoteilchen (gelb) um mehr als drei Größenordnungen steigern.
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„Upconversion“ von Photonen bei schwacher Lichtintensität – der Schlüssel zu... Durch Upconversion lässt sich der nutzbare Bereich des Lichtspektrums deutlich erweitern und ist damit der Schlüssel für künftige Anwendungen in der Photovoltaik oder zum Nachweis biologischer Substanzen.
Struktur vom TUB75: die gesamte MOF-Architektur (oben) und ihre leitfähige anorganische Baueinheit (unten)
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Molekulare Architektur: Neue Materialklasse für Energiespeicher von morgen TUB75 heißt ein neu erschaffenes Material aus der Klasse der metallorganischen Frameworks, MOF. Es könnte neue Perspektiven für die Energiespeicherung eröffnen.
Daniel Abou-Ras und sein Team ermitteln die mikroskopische Struktur einer sehr guten CIGS-Dünnschicht-Solarzelle (oben). Sie dient als Vorbild für eine Computersimulation (unten)
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Forscherteam liefert konkreten Ansatzpunkt, um die Leistung von... Warum kommt es zu Verlusten in Dünnschichtsolarzellen? Ein Forscherteam konnte erstmals eine Vermutung bestätigen - und gibt Hinweise, wie sich CIGS-Dünnschichtsolarzellen optimieren lassen.
Intelligente mathematische Werkzeuge für die Simulation von Spin-Systemen reduzieren die benötigte Rechenzeit auf Supercomputern. Einige der schnellsten Supercomputer der Welt (hier JUWELS) stehen aktuell im Forschungszentrum Jülich.
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Mathematisches Werkzeug hilft, Quantenmaterialien rascher zu berechnen Viele Quantenmaterialien lassen sich bislang kaum rechnerisch simulieren, weil die benötigte Rechenzeit zu groß wäre. Eine gemeinsame Forschergruppe hat nun einen Weg gefunden.
Durch das Be- und Entladen ändert sich die Struktur kristalliner Silizium-Elektroden in ein schachbrettartiges Bruchmuster. Am HZB wurde nun beobachtet, dass diese Defekte beim be- und entladen nicht größer werden sondern in ihrem Muster bestehen bleiben.
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Hoffnung auf bessere Batterien – Forscher verfolgen live das Laden und Entladen... Der Einsatz von Silizium in Batterien verspricht eine Steigerung ihrer Kapazität. Am HZB hat man erstmals live das Be- und Entladen beobachtet und Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich das Material noch vorteilhafter einsetzen lässt.
Für die Studie wurde u.a. das Enzym Endothiapepsin (grau) mit Molekülenaus der Fragmentibliothek in Kontakt gebracht. Die Analysen zeigen nun,dass zahlreiche Substanzen (blaue und orange Moleküle) an das Enzym andocken.Jede gefundene Substanz ist einpotentieller Startpunkt für die Entwicklung größerer Moleküle.
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Neue Molekülbibliothek für systematische Suche nach Wirkstoffen Um die systematische Entwicklung von Medikamenten zu beschleunigen, hat das MX-Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) mit der Drug Design Gruppe der Universität Marburg eine neue Substanzbibliothek aufgebaut...
So lief das Experiment ab: Zwei Laserpulse treffen in kurzem zeitlichen Abstand auf den Dünnfilm aus Eisen-Platin-Nanokörnchen auf: Der erste Laserpuls zerstört die Spinordnung, während der zweite Laserpuls die nun unmagnetisierte Probe anregt. Ein Röntgenpuls ermittelt im Anschluss, wie sich das Gitter ausdehnt oder kontrahiert.
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Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie Ein internationales Team um Prof. Dr. Matias Bargheer hat nun erstmals experimentell beobachtet, wie in diesen Eisen-Platin-Dünnschichten eine besondere Spin-Gitter-Wechselwirkung die Wärmeausdehnung des Kristallgitters aufhebt.
In der Quantenphysik werden Atome, Moleküle oder Lichtquanten genutzt, um Informationen zu speichern.
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Vergleichsanalyse für Quantentechnologien Macht ein Gerät das, was es soll? Wenn neuartige Technologien entwickelt werden, ist diese Frage besonders relevant. Eine Vergleichsanalyse stellt die vielfältigen Werkzeuge vor, denen man heute Quantengeräte zertifizieren kann.
Grafische Darstellung des Druckprozesses für die Perowskit-LED.
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Perowskit-LED aus dem Drucker – auf dem Weg zu einem neuen Standard für die... LEDs aus dem Tintenstrahldrucker - Erstmals gelingt es, Leuchtdioden aus hybriden Perowskit-Halbleitermaterial per Tintenstrahldruck herzustellen.
Darstellung der beschriebenen, auf AgCu in oxidierenden Umgebungen gebildeten CuxOy-Struktur.
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Nutzerforschung an BESSY II: Bildung eines 2D metastabilen Oxids in reaktiven... In vielen Anwendungen der Katalyse, bei chemischen Sensoren, Brennstoffzellen und Elektroden spielt das chemische Verhalten von Festkörperoberflächen eine wichtige Rolle. Nun haben Forscher ein wichtiges Phänomen beschrieben.
Die Publikation hat es auf den Titel der aktuellen Ausgabe der SCIENCE geschafft.
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BESSY II: Experiment zeigt erstmals im Detail, wie Elektrolyte metallisch werden Erstmals wurde an BESSY II ein Experiment entwickelt das zeigt, wie Elektrolyte metallisch werden. Der Übergang in den Zustand zeigt sich durch einen Farbwechsel von blau zu gold. Die Publikation erscheint sogar auf die Titelseite der SCIENCE.
Perowskit-Oxide zeichnen sich durch die Summenformel ABO3 aus, wobei die Elemente A (grün) und B (blau) auf bestimmten Gitterplätzen sitzen und von Sauerstoff-Atomen (rot) umgeben sind.
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Katalysatoren: Effiziente Wasserstoffgewinnung mit Struktur Regenerativ erzeugter Wasserstoff gilt als ökologischer Rohstoff der Zukunft. Um ihn durch Elektrolyse effizient aus Wasser herzustellen, setzt die Forschung heute auch auf Perowskit-Oxide. Dr. Marcel Risch hat nun einen Übersichtsbeitrag verfasst.
Die Abbildung zeigt die Veränderungen in der Struktur von FASnI3:PEACl-Filmen während der Behandlung bei verschiedenen Temperaturen.
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Auf dem Weg zu bleifreien und stabilen Perowskit-Solarzellen Eine neue Arbeit einer internationalen Kooperation zeigt nun, wie sich stabile Perowskit-Schichten herstellen lassen, die Zinn anstelle von Blei enthalten. Dabei schützen organische Verbindungen das Zinn vor Oxidation und sorgen für Stabilität.
Zwei der vier magnetischen Wechselwirkungen bilden ein neues dreidimensionales Netz aus Dreiecken mit gemeinsamen Ecken, das als Hyper-Hyperkagome-Gitter bekannt ist und zu dem Quanten-Spin-Flüssigkeitsverhalten in PbCuTe2O6 führt.
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Zukünftige Informationstechnologien: Dreidimensionale Quanten-Spin-Flüssigkeit... Quanten-Spin-Flüssigkeiten waren bisher nur in ein- oder zweidimensionalen magnetischen Systemen zu finden. Nun hat ein Team eine 3D Quanten-Spin-Flüssigkeit identifiziert.
Innerhalb der 3D-Struktur eines Phytochrom-Moleküls zeigt sich ein Bilin-Pigment, das das Photon aufnimmt und sich dadurch verdreht, was ein Signal auslöst.
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Nutzerforschung an BESSY II: Einblick in das Auge der Pflanzen Pflanzen nutzen Licht nicht nur für die Photosynthese. Die Pflanzenzelle hat zwar keine Augen, kann aber dennoch Licht wahrnehmen und damit ihr Umfeld. Dabei spielen Phytochrome, bestimmte türkisfarbige Proteine, die zentrale Rolle.
Das Material besteht aus Nafion mit eingebetten Nanopartikeln.
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Nutzerforschung an BESSY II: Neue Materialien steigern die Effizienz in... Eine Gruppe aus Brasilien hat mit einem HZB-Team eine neuartige Kompositmembran für Ethanol-Brennstoffzellen untersucht. Sie besteht aus dem Polymer Nafion, in das durch Schmelzextrusion Titanat-Nanopartikel eingebettet sind.