Sulfidierungs- und Nitriertechnologien ebnen den Weg für zukünftige Materialinnovationen – Dexerials' Durchbrüche bei anorganischen Materialien

Ein halbes Jahrhundert Expertise in der anorganischen Materialtechnologie

Seit über einem halben Jahrhundert perfektioniert Dexerials die Synthesetechnologie anorganischer Materialien als eine seiner Kernkompetenzen in der Materialentwicklung. Auf Basis dieser Technologie haben wir zahlreiche innovative Produkte entwickelt, darunter Ferritkerne für Magnetköpfe, piezoelektrische PZT-Materialien, Spezialglasfolien, Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien und Leuchtstoffe für Displays.

Sulfidierungs- und Nitriertechnologie – Entwicklung neuer Werkstoffe zur Überwindung der Grenzen konventioneller anorganischer Verbindungen

Da die Forschungswelt immer näher an die Leistungsgrenzen von Oxidmaterialien heranrückt, entwickelt Dexerials aktiv Multi-Anionen-Materialien aus Schwefel und Stickstoff, um neue Funktionen zu schaffen, die mit herkömmlichen Materialien nicht erreichbar sind.
Mehranionenmaterialien sind chemische Verbindungen, die zwei oder mehr verschiedene Anionen (elektronegative oder negativ geladene Ionen) enthalten, wie beispielsweise Oxysulfide und Oxynitride. Oxide finden aufgrund ihrer Stabilität und Skalierbarkeit traditionell breite Anwendung in Keramik, Halbleitern und Katalysatoren. Oxidbasierte Materialien haben jedoch einen hohen Reifegrad erreicht, und Mehranionenmaterialien erweisen sich nun als vielversprechende Alternative, die Oxide in ihren Eigenschaften übertreffen kann.

Herkömmliche Photokatalysatoren für die künstliche Photosynthese – Materialien, die unter Sonnenlicht Wasserstoff durch Wasserspaltung erzeugen – nutzen typischerweise nur ultraviolettes Licht, obwohl sichtbares Licht den größten Anteil des Sonnenlichts ausmacht. Tatsächlich bestehen etwa 95 % des Sonnenlichts aus sichtbarem und infrarotem Licht, während ultraviolettes Licht nur einen geringen Anteil darstellt. Daher ist es für die verbesserte Nutzung von Solarenergie unerlässlich, Photokatalysatoren für sichtbares Licht zu aktivieren. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelt Dexerials neue Materialien für die künstliche Photosynthese (Photokatalysatoren) durch Sulfidierungs- und Nitrierverfahren auf Oxidkatalysatoren und nutzt so sichtbares Licht für eine effizientere künstliche Photosynthese.

Die Materialentwicklung mittels Sulfidierung und Nitrierung ist ein vielversprechender Ansatz, um nicht nur die Leistungsgrenzen bestehender Materialien zu überwinden, sondern auch völlig neue funktionelle Möglichkeiten zu erschließen.
Die Entwicklung solcher hochmoderner Materialien erfordert hochgiftige und entzündliche Reaktionsgase wie Schwefelwasserstoff (H₂S) und Ammoniak (NH₃). Daher hat Dexerials Massenproduktionsanlagen errichtet, die in der Lage sind, diese risikoreichen Gase sicher und stabil zu handhaben und gleichzeitig die praktische Anwendung dieser Materialien im größeren Maßstab zu ermöglichen.
Um die experimentelle Durchführung von Grundlagenforschung zu vereinfachen, entwickeln wir zudem Anlagen, die eine flexible und bedarfsgerechte Steuerung der Reaktionsgaszufuhr und der Brennumgebung ermöglichen. Diese technische Infrastruktur dient als Grundlage für die Erforschung neuer anorganischer Materialien.

Einweicheigenschaften für die Entwicklung neuer Materialien – Konstruktion und Vorteile eines Gasdurchflussofens

Bei der Synthese von Sulfidierungs- und Nitrierwerkstoffen haben sowohl die Temperaturkontrolle beim Brennvorgang als auch die gleichmäßige Gasverteilung in der Atmosphäre einen signifikanten Einfluss auf die Materialeigenschaften. Dies gilt insbesondere für die Verarbeitung hochreaktiver Gase wie Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die eine präzise Handhabung erfordern. In diesen Fällen beeinflusst die Ofenkonstruktion unmittelbar die Reaktionsgleichmäßigkeit und -sicherheit.

Dexerials verfügt über Öfen, die für Gasflussverfahren optimiert sind und deren Konstruktion eine hohe Temperaturhomogenität bei gleichzeitiger Kontrolle des Reaktionsgasstroms ermöglicht. Diese Öfen bieten große, gleichmäßig beheizte Bereiche, die unabhängig von der Tiegelanordnung konstante Temperatur- und Atmosphärenbedingungen gewährleisten. Dies ermöglicht eine konsistente thermische Behandlung mehrerer Proben und eine hochgradig reproduzierbare Synthese durch Minimierung von Materialeigenschaftenschwankungen.

Unsere Öfen sind zudem so konstruiert, dass sie eine hohe Flexibilität bei der Probenanordnung ermöglichen. Beispielsweise unterstützen sie kombinatorische Tests – die parallele Bewertung verschiedener Bedingungen – durch die Aufnahme mehrerer kleiner Keramikgefäße (Tiegel). Dadurch können verschiedene Zusammensetzungen und Brennbedingungen gleichzeitig untersucht werden (siehe Abbildung links).

Diese Öfen bieten auch Platz für größere Tiegel zur Massensynthese und ermöglichen so eine skalierte Auswertung für nachfolgende Stufen (siehe rechtes Diagramm).

Dexerials hat ein integriertes System etabliert, das den gesamten Prozess abdeckt – von der Vorläufersynthese und dem Brennvorgang bis hin zur Nachbearbeitung und Charakterisierung. Dieses System ermöglicht die Optimierung von der frühen Forschungsphase bis hin zu den Bedingungen der Massenproduktion innerhalb einer einzigen Anlage. Es bietet eine wertvolle Forschungsinfrastruktur für Hochschulen und Entwicklungseinrichtungen, die Wert auf einheitliche und reproduzierbare Reaktionen legen.

Die Entwicklung neuer Materialien mittels Sulfidierungs- und Nitrierverfahren stellt die Synthese bei hohen Temperaturen und in Gegenwart toxischer Gase vor eine große Herausforderung. Insbesondere erfordert der Prozess den Umgang mit hochgiftigen und entzündlichen Gasen wie Schwefelwasserstoff und Ammoniak bei erhöhten Temperaturen, was fortschrittliche Anlagen und ein ausgeklügeltes Managementsystem für eine präzise Steuerung voraussetzt. Die Anlagen von Dexerials sind in der Lage, diese Probleme zu lösen und einen sicheren und zuverlässigen Umgang mit Reaktionsgasen im Massenproduktionsmaßstab zu gewährleisten.

Anwendungen von Sulfid- und Nitridmaterialien in der Praxis – Entwicklung zu Leuchtstoffen und Photokatalysatoren

Die Sulfidierungs- und Nitriertechnologie von Dexerials hat bereits mehrere erfolgreiche Ergebnisse hervorgebracht.

Unsere 2021 eingeführten Display-Phosphorfilme nutzen sulfidbasierte grüne Phosphore mit hoher Leuchtdichte. Ihre Leistungsfähigkeit wurde hoch gelobt, da sie eine verbesserte Bildqualität und dünnere Displays ermöglicht.

Darüber hinaus sind wir seit der zweiten Amtszeit (2021-2030) Mitglied der Artificial Photosynthetic Chemical Process Technology Research Association (ARPChem) und treiben Forschung und Entwicklung mit dem Ziel der Realisierung künstlicher Photosynthese voran.
ARPChem ist ein Forschungskonsortium mit dem Ziel, eine Technologie für die künstliche Photosynthese zu entwickeln, die die CO₂-freie Wasserstoffproduktion ermöglicht. ARPChem ist eine Kooperation von Unternehmen und Forschungseinrichtungen und für die Entwicklung photokatalytischer Materialien verantwortlich. Durch den Bau von Anlagen zur Wasserspaltung und Sicherheitsbewertungen will das Konsortium die Technologie für die praktische Anwendung der künstlichen Photosynthese etablieren.

In diesem Projekt trägt Dexerials dazu bei, die Effizienz der Wasserspaltung und Wasserstoffproduktion mithilfe von Solarenergie zu steigern und dadurch die Effizienz der nachhaltigen Energieumwandlung zu verbessern.
Für weitere Details zu diesem Projekt lesen Sie bitte diesen Artikel.
Technologieentwicklung zur Herstellung von Rohstoffen für Kunststoffe unter Verwendung von CO2 und anderen Quellen | NEDO Green Innovation Fund Projekte

Industriell-akademische Forschung und Entwicklung für Sulfid- und Nitridmaterialien – Suche nach Kooperationspartnern

Um bis 2050 eine klimaneutrale Gesellschaft zu verwirklichen, entwickelt Dexerials derzeit neue Funktionsmaterialien für Anwendungen im Energiesektor. Wir treiben das Materialdesign mit Blick auf vielfältige Anwendungen voran, beispielsweise für Materialien zur Sonnenlichtumwandlung und Sensoren, und erschließen so neue Möglichkeiten für Sulfid- und Nitridmaterialien.

Im Bereich der Materialentwicklung hat Dexerials ein System eingerichtet, um mithilfe seiner Einrichtungen und seines Know-hows gemeinsam mit Technologieentwicklern Probleme wie „Wir benötigen Proben mit minimalen Abweichungen in der Materialqualität für die Vorverarbeitung“, „Wir können keine experimentelle Umgebung schaffen, die die Sicherheit berücksichtigt“ und „Wir möchten Experimente mit mehreren Zusammensetzungen gleichzeitig durchführen, um die Effizienz zu steigern“ zu lösen.

Dexerials sucht Forschungs- und Entwicklungspartner, um technische Herausforderungen gemeinsam zu meistern und die Zukunft der Werkstoffe mitzugestalten. In Zusammenarbeit mit Universitäten und anderen Unternehmen möchten wir innovative Lösungen für globale gesellschaftliche Probleme entwickeln.

Wir laden Forscher ein, sich uns anzuschließen, um Herausforderungen zu meistern und neuartige Funktionsmaterialien zu entwickeln, indem sie unsere sichere, skalierbare und kombinatorische Technologieinfrastruktur nutzen. Kontaktieren Sie uns gerne bezüglich Kooperationsmöglichkeiten.

An Forscher und Ingenieure, die sich für Sulfidierungs- und Nitriertechnologie interessieren.

Dexerials fördert aktiv offene Innovation in der Forschung und Entwicklung von Materialien auf Basis von Sulfidierung und Nitrierung.

Unser Ziel ist es, in Zusammenarbeit mit Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die neue Materialien erforschen, gesellschaftlich bedeutsame Innovationen zu schaffen.

Für technische Beratung oder zur Besprechung potenzieller Vorschläge stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Kontaktieren Sie uns hier