Derzeit fehlt in Europa ein gemeinsamer Rahmen für die Zusammenarbeit aller Akteure im Bereich der fortgeschrittenen Werkstoffe. Verstreute Initiativen, Plattformen, Forschungs- und Industrieorganisationen arbeiten in ihren eigenen thematischen oder organisatorischen Silos. Durch die Einführung eines gemeinsamen Rahmens (die „Materials Commons“) behebt die Initiative AMI2030 diesen Mangel. Die Idee ist, eine Lösung zu bieten, die die Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten (z. B. Materialforschern, Entwicklern, Herstellern, Abnehmern und Endnutzern) auf der Grundlage gemeinsamer Grundlagen fördert, um nachhaltigere materialbasierte Technologien und Produkte zu schaffen, die letztlich sowohl den Menschen als auch dem Planeten dienen und unserer Gesellschaft alle Möglichkeiten zum Wohlstand bieten. …
Ein solcher systemischer Ansatz wird die sektorübergreifende industrielle Innovation fördern, indem er neue Anwendungen in mehreren Industriesektoren unterstützt. Anhand ausgewählter Märkte für Werkstoffinnovationen (MIM), die sich hochrelevante Werkstoffanwendungen teilen (wie Leichtbau, Kohlenstoffabscheidung oder fortschrittliche Oberflächen), veranschaulicht das Manifest Werkstoffe 2030, dass fortschrittliche Werkstoffe auf den verschiedenen Märkten, die sie bedienen, weitaus mehr übergreifende Bedürfnisse haben, als auf den ersten Blick ersichtlich ist, insbesondere im Hinblick auf die Bewältigung der vier großen Herausforderungen, vor denen Werkstoffe stehen: Kreislaufwirtschaft, Schadstofffreiheit, Klimabeitrag und Rückverfolgbarkeit. …
Dieser Fahrplan „Werkstoffe 2030“ ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einer einheitlichen und nachhaltigen europäischen Werkstoffinitiative:
- sieht die Digitalisierung der Werkstoffentwicklung als eine wesentliche Notwendigkeit an, um alle Aspekte des Werkstoffdesigns und der Werkstoffentwicklung zu beschleunigen. Sie erfordert neue Forschungs- und Entwicklungsmethoden, die rechnergestützte und experimentelle Materialwissenschaft auf der Grundlage von Modellierung, Simulation und Hochdurchsatzcharakterisierung miteinander verbinden. Entscheidend für den Erfolg ist ein zuverlässiger und einfacher Zugang zu Daten. Er sollte es ermöglichen, neuartige Werkstoffe mit einer Geschwindigkeit zu entwerfen, die im üblichen Entdeckungsverfahren unerreichbar ist, und das Werkstoffverhalten zu kontrollieren;
- identifiziert gängige Fertigungstechnologien und untersucht die Bedingungen für die Verarbeitung und das Scale-up neuer Materialien, Komponenten und Produkte, insbesondere Prozessoptimierung, Dekarbonisierung, kundenspezifische Massenfertigung, Null-Fehler-Produktion, verbesserte Multi-Material-Verarbeitung und neue Verarbeitungstechnologien;
- nennt vorrangige Bereiche, die auf den neun im Manifest „Werkstoffe 2030“ hervorgehobenen Innovationsmärkten einen entscheidenden Wandel herbeiführen können und den Bedürfnissen der Industrie und der Forschungsgemeinschaft entsprechen, mit den erwarteten Auswirkungen auf die Verbesserung der Souveränität der EU, die Fähigkeit zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks und das Potenzial zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. Diese vorrangigen Bereiche sollten die Grundlage für die Entwicklung einer neuen europäischen strategischen Werkstoffagenda bilden.
- unterstreicht die Bedeutung eines förderlichen politischen Rahmens durch harmonisierte Kriterien für sichere und nachhaltige Chemikalien und Materialien, evidenzbasierte Lebenszyklusanalysen, harmonisierte Normen und Standards, robuste Gesundheits- und Sicherheitsprotokolle sowie gezielte Bildungs- und Ausbildungsmaßnahmen in der gesamten Wertschöpfungskette;
- vertritt die Auffassung, dass eine starke soziale Grundlage für die Governance unerlässlich ist, bei der die Interessengruppen der Werkstoffe, die Industrie, die Designer, die Gewerkschaften, die Arbeitnehmer und die Zivilgesellschaft in die Diskussionen einbezogen werden, um die neue Aufwertung der Werkstoffe voranzutreiben. Sie schlägt daher Grundsätze für eine integrative Governance vor, die es den Akteuren ermöglichen, eine neue Form der Zusammenarbeit zu finden.
Die Initiative empfiehlt, die notwendigen Ressourcen für diese Initiative und die entsprechenden Maßnahmen für die Entwicklung innovativer Materialien, die Produktion, Technologien, Datenaustausch und Kooperationsmodelle auf europäischer Ebene. Die Integration der technologischen Ansätze und die Vielzahl der zu beteiligenden Akteure aus verschiedenen Wirtschaftssektoren wird einen erheblichen finanziellen und organisatorischen Aufwand mit sich bringen. Da es sich um einen neuen Ansatz handelt, kann als Inspiration ein Commons7-Modell in Betracht gezogen werden. In der Tat müssen eine Vielzahl von organisatorischen Fragen geklärt und weitere Akteure in die Gestaltung der Initiative einbezogen werden. Es geht darum, das bestmögliche Instrument (oder die bestmöglichen Instrumente) zu finden, um die Ziele der Initiative gezielt und effizient umzusetzen. Ob es sich dabei um ein bestehendes Instrument wie eine europäische Partnerschaft, Allianz oder Plattform handelt, oder ob ein völlig neues Instrument entwickelt werden muss, bleibt vorerst offen. …
Unser Ziel ist es, die Herausforderungen unserer gemeinsamen Zukunft anzugehen, wobei es darum geht, die Lebensqualität und den Lebensstandard in Europa zu erhalten, indem wir die Stimme der Menschen in unsere Arbeit einbeziehen; der Geist der Mitgestaltung und der Bürgerbeteiligung hat in unserer demokratischen Gemeinschaft immer mehr an Bedeutung gewonnen, wobei die Kreislaufwirtschaft und eine nachhaltige Lieferkette in neue Entwicklungen einbezogen werden sollten. In diesem Zusammenhang ist flexible und anpassungsfähige Elektronik ein wichtiges Thema für die Zukunft, bei dem die Sensorik und die zur Steuerung, Übertragung und Speicherung von Informationen erforderliche Elektronik von entscheidender Bedeutung sind. Daher sollte der Schwerpunkt auf folgende Bereiche gelegt werden:
- Materialien für Sensoren, Wandler und Aktoren mit extrem niedrigem Stromverbrauch für fortschrittliche Industrieanwendungen.
- Intelligente Sensoren für fortschrittliche Verpackungen, eingebettete Stromversorgungskomponenten, gleichzeitige Entwicklung von Chips und Verpackungen) oder gedruckte Sensoren zur Überwachung des Inhaltsstatus (z. B. Kühlung und Wärmeverteilungsmanagement).
- Fortschrittliche Materialien für die Elektronik (z. B. GaN auf Si oder III-V auf Si, LiTa03 auf Si), Supraleiter, supraleitende modulare Architekturen (z. B. Post Von Neumann, neuromorphe Komponenten, Nutzung von Quanteneffekten, memrsitive Materialien)
- Tragbare, flexible und dehnbare intelligente Sensoren für umweltfreundliche Elektronik, einschließlich Zuverlässigkeit, Selbstheilung, Hybridintegration, Montage und Kleben/Löten heterogener Komponenten.
- Tinten für die Funktionalisierung von Fasern und flexiblen Oberflächen, mit mechanischen Eigenschaften, die für Druck- und/oder Nanostempelverfahren geeignet sind.
- Im Vakuum hergestellte, gedruckte und/oder nano-gedruckte Dünnschichten mit maßgeschneiderten elektrischen Eigenschaften
- Chemische, optische, Temperatur- und Drucksensoren mit Spezifikationen, die auf den Fahrzeuginnenraum zugeschnitten sind.
- Monolithische Integration in flexible Substrate der CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) auf der Grundlage von Metalloxid-Dünnschichttransistoren (TFTs) mit Schnittfrequenzen der Transistoren nahe 1 GHz und Betriebsspannung unter 4 V, mit Schaltgeschwindigkeiten unter 1 μs, mit Energieverbrauch pro Vorgang des Lesens/Übertragens von Daten pro Gerät <2 fJ.
- Integrierte elektronische Systeme für die Steuerung und Übertragung von Informationen mit extrem niedrigem Energieverbrauch in Bezug auf die zu integrierenden Einheiten: Mikrocontroller (3,5 mW); Sensorensatz (20 mW); ADC (10 mW); Ringoszillatoren (0,03 mW), HF-Dioden (1 mW), Wählscheibe (50 mW), ein RFID (10-100 mW), zusätzliche transparente Peripherieschaltungen (1 mW).
- Integration von Sensoren im Multiplex- und Elektronikformat in flexible Substrate nach dem Matrixkonzept.
- Materialien für faseroptische Anwendungen der nächsten Generation
- Zuverlässige Glasfasersteckverbinder
Im Zuge der Entwicklung von Glasfaserverbindungen müssen OEMs eine Vielzahl von Varianten anbieten, um die Marktanforderungen zu erfüllen und zu übertreffen. Kunststoffe ersetzen nach wie vor Metall in verschiedenen Komponenten von Glasfasersteckern, wobei Hochleistungsthermoplaste nach wie vor die idealen Materialien für Steckergehäuse, Staubschutzkappen, Glasfaserendhülsen sowie Glasfaserkabel sind. Die Gehäuse von Glasfaser-Steckverbindern sind ein wichtiger Bestandteil von Glasfaser-Steckverbindern, -Tafeln, -Modulen und -Adaptern, da sie sowohl zur Qualität als auch zur Langlebigkeit der Leistung beitragen. Lösungen für diese Gehäuseanwendungen müssen eine extrem hohe Toleranz, inhärente Flammbeständigkeit, ausgezeichnete Färbbarkeit, UV-Beständigkeit und außergewöhnliche Alterungsbeständigkeit aufweisen. - Hochleistungsfähige optische Transceivermodule
Moderne optische Transceivermodule werden heute in Datenkommunikationsanwendungen mit hoher Bandbreite eingesetzt und müssen extrem zuverlässig sein. Transceivermodule verbinden das restliche System über eine elektrische Schnittstelle mit dem Glasfaserkabel und bestehen aus Linsen und Spiegeln, Modulgehäusen oder Steckergehäusen. Die Werkstoffe für die Komponenten optischer Transceivermodule müssen hervorragende optische Eigenschaften für die Lichtübertragung und Hochtemperaturfestigkeit aufweisen.
Quelle: Materials 2030 Roadmap. December 2022