Physiker, Kommunikator

Grundlagenforschung ist die Basis für Erkenntnisgewinn und Fortschritt. Darum hat mich die experimentelle Arbeit als Physiker immer fasziniert. Besondere Freude macht mir darüber hinaus aber auch die Kommunikation der Forschung. Die Kommunikation mit der Öffentlichkeit hat dabei über die sachliche Ebene hinaus auch noch eine gesellschaftliche Komponente: Zunehmender Zweifel an wissenschaftlichen Erkenntnissen (z.B. zum menschgemachten Klimawandel oder aktuell zur Corona-Pandemie) verdeutlicht, dass sich Forschende noch sichtbarer in den öffentlichen Diskurs einbringen müssen. Derzeit findet Kommunikation über Wissenschaft immer noch häufig über Pressestellen statt – seriös und zweifellos wichtig, aber doch aus zweiter Hand. Was aber oft fehlt, ist der Blick von innen: Das Sprechen über die wissenschaftliche Methode und Haltung oder über die Bedeutung von Fehlern durch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler selbst. Gute wissenschaftliche Formate sind daher auch eher die Ausnahme als die Regel und bleiben oft exotische Perlen in Randbereichen des täglichen Medienangebots. Was fehlt sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als aktive Vorbilder.

 

MEINE FORSCHUNG

Kohlenstoff

Mein Fachgebiet ist die Synthese und die Charakterisierung (nano)strukturierter Kohlenstoffschichten. Meine Arbeiten sind eingegliedert in das „Center for Nanointegration University Duisburg-Essen“ (CENIDE) – den Aktivitäten im Bereich der Nanotechnologie an der Universität Duisburg-Essen. Die Bandbreite reicht dabei von (mikro)kristallinen Strukturen (Diamant-Einkristalle, nanokristalline Diamantschichten) über niedrig-dimensionale Strukturen (Graphen, Carbon Nanowalls) bis hin zu amorphen Kohlenstoffschichten (a-C, a-C:H). Für die Synthese dieser Strukturen werden sowohl Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) als auch der plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) genutzt.

KOHLENSTOFF-NANOWÄNDE

Brennstoffzellen stellen eine Schlüsseltechnologie bei der Nutzung regenerativer Energien dar. Dabei werden zunehmend auch Anwendungen im kleinen und kleinsten Leistungsbereich interessant, insbesondere bei der Energieversorgung portabler Elektronikgeräte. Um die Brennstoffzellentechnik für diese Anwendungen zu erschließen, ist eine deutliche Miniaturisierung konventioneller Brennstoffzellenkonzepte notwendig. Hierbei bietet die Nutzung der Mikro- und Nanotechnologie ein großes Potential, um die Energiedichte signifikant zu erhöhen bzw. den Platzbedarf zu senken. Solche Entwicklungen benötigen den Einsatz innovativer Materialsysteme, die eine Maximierung der elektrochemisch aktiven Oberfläche und der Langzeitstabilität ermöglichen und gleichzeitig den Einsatz teurer Edelmetallkatalysatoren minimieren. In unserem Team entwickeln wir so genannte „Carbon Nanowalls“ (CNW) in welche im Rahmen eines innovativen und von uns patentierten Plasmaprozesses katalytische Nanopartikel direkt bei der Synthese eingebaut und verankert werden. Dadurch wird das Material hinsichtlich seiner elektrochemischen Leistungsfähigkeit verbessert.

DIAMANTEN

“Crystals are like people, it is the defects in them which tend to make them interesting!” - Colin Humphreys.

Seit vielen Jahren interessieren mich die Synthese sowie möglichen Anwendungen von Diamant. Defekte bzw. Farbzentren im Diamanten sind dabei ein besonders interessantes Forschungsfeld für festkörperbasierte Einzelphotonenquellen bei Raumtemperatur und damit für den Bereich der Quantenkryptografie und der Quantencomputer-Systeme. Unser Team arbeitet aktuell an der elektrischen Kopplung von Defekten im Diamanten oder an der Diamantoberfläche mit zweidimensionalen Lochgasen (2DHG). Das 2DHG entsteht durch die negative Elektronenaffinität der Kohlenwasserstoff-Dipole und durch Akzeptoren an der Diamantoberfläche. Das Lochgas kann genutzt werden, um Defekte gezielt elektrisch zu beladen oder ihre Eigenschaften zu vermessen. Unsere Arbeit beinhaltet die gesamte Prozesskette von der Herstellung der Diamantsubstrate, über die Funktionalisierung der Oberfläche bis hin zur experimentellen Charakterisierung der Defekte. 

WISSENSCHAFTSKOMMUNIKATION

#ScienceNotSilence

Ich forsche nicht nur mit Herzblut – ich spreche auch gerne darüber. Das ideale Medium für diese Leidenschaft fand ich im Podcast. 2013 gründete ich gemeinsam mit meinem Kollegen Reinhard Remfort den Wissenschafts-Podcast „methodisch inkorrekt!“. Dieser erzielt alle zwei Wochen etwa 80.000 Downloads pro Episode und gilt damit als der erfolgreichste private Wissenschaftspodcast in Deutschland. Da wir die Wissenschaft zu den Leuten bringen wollten, sind wir 2018 mit dem Podcast auch auf Deutschlandtournee gegangen. Deutschlandweit haben uns dabei mehr als 13.000 Zuschauerinnen und Zuschauer bei 35 Terminen gesehen. An der Universität Duisburg-Essen darf ich die Öffentlichkeitsarbeit im Sonderforschungsbereich 1242 als Teilprojektleiter mitgestalten. Darüber hinaus entwickle ich Vorträge, um die Naturwissenschaften besonders dem jüngeren Publikum faszinierend und spannend nahezubringen. Diese Shows finden sowohl an der Universität selbst statt als auch außerhalb, beispielsweise in Museen und Science-Centern.  

In Diskussionen mit der Öffentlichkeit werden mir oft die gleichen Fragen gestellt: Wie können im stetig wachsenden Informationsangebot belegbare Fakten von Scharlatanerie unterschieden werden? Was zeichnet eine seriöse Information aus? Wo bleibt es bei unbewiesenen Behauptungen und wo werden gar wissenschaftliche Fachbegriffe entfremdet, um krude Theorien scheinbar zu untermauern? 

Die wissenschaftliche Haltung und Ethik sollte hier kommuniziert werden, um diese im Alltag bei der Bewertung von Informationen einsetzen zu können. Ich möchte vermitteln, dass der Stand der Wissenschaft eben nicht einfach nur eine mögliche Weltsicht unter vielen ist, sondern sich durch die wissenschaftliche Methodik abhebt:  als fortschreitendes und vor allem rückversicherndes unabhängiges Weltbild. Keine Doktrin, sondern die präziseste Beschreibung unseres aktuellen Weltverständnisses. Nie war es wichtiger dieses Alleinstellungsmerkmal der Wissenschaft zu kommunizieren. Nie war es wichtiger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zur Kommunikation zu motivieren, um den gesellschaftlichen Diskurs mitzubestimmen. 

 

AKTUELLE VERÖFFENTLICHUNGEN

Referenzen und Links zu meinen Veröffentlichungen

17 September 2020

ONE-STEP SYNTHESIS OF CARBON-SUPPORTED ELECTROCATALYSTS

Cost-efficiency, durability, and reliability of catalysts, as well as their operational lifetime, are the main challenges in chemical energy conversion. Here, we present a novel, one-step approach for the synthesis of Pt/C hybrid material by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). The platinum loading, degree of oxidation, and the very narrow particle size distribution are precisely adjusted in the Pt/C hybrid material due to the simultaneous deposition of platinum and carbon during the process. The as-synthesized Pt/C hybrid materials are promising electrocatalysts for use in fuel cell applications as they show significantly improved electrochemical long-term stability compared to the industrial standard HiSPEC 4000. Compared to traditional synthesis methods, the simultaneous deposition of the Pt-NPs and the carbon matrix (CNWs) by using this novel approach yields Pt-NPs that are embedded in the C matrix and therefore show improved long-term stability compared to a commercial catalyst. The presented synthesis method is highly versatile, as a multitude of different metal acetylacetonates is commercially available, which facilitates the deposition of a variety of metal/CNW hybrids for optimization of performance and cost efficiency and use in applications other than electrocatalysis. 

27 July 2020

DEFECT SPECTROSCOPY ON THE DIELECTRIC MATERIAL ALUMINUM OXIDE

A method for defect characterization is presented that allows to measure the activation energy, capture cross-section, and defect density in dielectric materials. this is exemplarily performed on aluminum oxide thin films deposited on hydrogen-terminated diamond. During the measurement, samples were illuminated using a 405 nm laser, charging the defects while simultaneously measuring the surface conductivity of the diamond at different temperatures. By applying the standard boxcar evaluation known from deep-level transient spectroscopy, we found five different defect levels in Al2O3. The activation energies, capture cross sections and densities of five different defect levels in the bandgap of the undoped dielectric material Al2O3 were characterized. One defect can be identified as substitutional silicon in aluminum oxide, while the others are most likely connected to either aluminum interstitials or carbon and nitrogen impurities.This shows that our technique is suited for the detection of such defect levels in dielectric materials. Our method demonstrates a high sensitivity, as the total detected charge (i.e. sample area × surface charge density) was below 10^8 elementary charges. The technique also proved to be selective. Our method is not limited to slow relaxations. 

 
 

Podcast / Wissenschaftsshows

Die Wissenschaft schreibt die spannendsten Geschichten und darum sprechen wir seit 2013 in unserem Podcast „methodisch inkorrekt!“ in Mikrophone und diskutieren aktuelle Studien. Die Hörerinnen und Hörer verfolgen regelmäßig den lockeren Plausch, bei dem neben Neuigkeiten aus der Wissenschaft („Warum orientieren sich Hunde beim Gassi gehen am Magnetfeld der Erde?“) auch Experimente („Plasma in der Mikrowelle“, „Feuertornado“), neue Chinagadgets sowie Musiksongs (man glaubt gar nicht wie viele schlechte Image-Videos es von deutschen Universitäten gibt) präsentiert werden. Nachdem wir unsere 100. Podcastfolge als Live-Show auf die Bühne gebracht hatten, für die es binnen weniger Minuten keine Karten mehr gab, war die Idee geboren, den Ruhrpott zu verlassen und die Wissenschaft dahin zu bringen, wo sie gebraucht wird: Auf die Bühnen der Republik! 

 
 
 

KONTAKT

©2020 Nicolas Wöhrl