Maßgeschneiderte neue Materialien

Prof. Dr. Martin Lerch, neuberufen am Institut für Chemie der TU Berlin

Ionisch aufgebaute Festkörper gewinnen in der modernen Technologie besonders in den Bereichen Sensor- und Lasermaterialien, Festelektrolyte, Dielektrika, Magnetika und Leuchtstoffen zunehmend an Bedeutung. Wie auch Metalle und klassische Elementhalbleiter können sie durch den Einbau von Fremd-Ionen oder Baufehlern in ihr Kristallgitter gezielt modifiziert und makroskopische Eigenschaften durch lokale Substitution einzelner Gitterbestandteile maßgeschneidert eingestellt werden. Manche Eigenschaften treten durch den Substitutionsschritt überhaupt erst zu Tage. Prominente Beispiele sind Leuchtstoffe oder feste Ionenleiter, die ihren Wert für eine effiziente Lichterzeugung bzw. die Sensorik und Technologie von Hochleistungsbatterien und Brennstoffzellen nur durch Substitution von Ionen erhalten.

Der klassische und heutzutage technisch genutzte Weg ist die Modifizierung der Stammverbindung durch Substitution im Kationen-Untergitter. Gezielt im Anionen-Untergitter substitutierte ionische Festkörper sind hierbei trotz ihres erheblichen Potenzials bisher fast vollständig vernachlässigt worden. Prof. Dr. Martin Lerch, der zum 1. Oktober 2000 an das Institut für Anorganische und Analytische Chemie der TU Berlin (seit dem 1. April 2001 Institut für Chemie an der Fakultät II Mathematik und Naturwissenschaften) berufen wurde, beschäftigt sich mit der gezielten Modifikation des Anionengitters von oxidischen Materialien. Dabei wird meist ein Teil der Sauerstoff-Anionen durch heterovalente Stickstoff-Anionen ersetzt. Ein bekanntes Beispiel ist der teilweise Ersatz von Sauerstoff durch Stickstoff in Materialien auf der Basis von Zirconiumdioxid. Yttrium-dotiertes Zirconiumdioxid findet beispielsweise als sauerstoffionenleitendes Elektromaterial in Brennstoffzellen Verwendung, die für zukünftige Energiekonzepte eine wichtige Rolle spielen. Neue anionensubstituierte Materialien zeigen gegenüber den heute technisch genutzten Keramiken zum Teil überlegene elektrische Eigenschaften und lassen sich als Modellsubstanzen zum tieferen Verständnis von zum Beispiel Ordnungsvorgängen in Festelektrolyten auf der Basis von Zirconiumdioxid heranziehen.

Der 1962 in Gießen geborene Martin Lerch studierte Chemie an der Justus-Liebig-Universität Gießen, wo er auch Anfang 1991 seine Promotion abschloss. Nachdem er bereits im Laufe seiner Doktorarbeit einen halbjährigen Gastaufenthalt am Forschungsreaktor in Garching absolviert hatte, verbrachte er im Rahmen von Forschungsaufenthalten mehrere Monate am Institut Laue-Langevin in Grenoble und am Institut für Kristallographie der Universität München. Daran anschließend war er für eineinhalb Jahre als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Materialwissenschaft der TH-Darmstadt tätig und wechselte 1993 an den Lehrstuhl für Silicatchemie der Universität Würzburg, wo er bis 1998 als wissenschaftlicher Assistent beschäftigt war. Von 1998 bis 2000 vertrat er dann eine C3-Professur für Anorganische Chemie an der Universität München. An der TU Berlin beabsichtigt er, das in Würzburg begonnene Konzept der Anionensubstitution in Oxidmaterialien weiter auszubauen und in interdisziplinärer Zusammenarbeit Probleme der Synthese, Charakterisierung und Eigenschaftsoptimierung von neuen Materialien zu bearbeiten.