Projekte

Unsere Forschungs-, Entwicklungs- und Anwendungsprojekte sind insbesondere in den folgenden Bereichen angesiedelt:

  • Multiskalen-Modellierung und numerische Simulation in Materialwissenschaft, Chemie und Nanotechnologie.
  • Hochleistungsrechnen in Quantenmechanik, Moleküldynamik und Kontinuumsmechanik.
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MultiModel

Wachstum und Bearbeitung von Werkstoffen sind ein integraler Bestandteil des chemischen und elektronischen Engineerings. Da diese Industriezweige dabei sind, nanotechnologische Entwicklungen einzuführen, sind die entsprechenden Prozesse auf eine Präzision auf atomarer Skala angewiesen, die durch eine experimentelle Herangehensweise nur sehr schwierig und aufwändig zu erreichen ist. Das neu entwickelte Werkzeug wird es ermöglichen, Mechanismen auf atomarer Skala unter verschiedenen Prozessbedingungen zu simulieren und so wertvolle Erkenntnisse für die Prozessoptimierung zu liefern, welche die Kosten für die Entwicklung neuer Werkstoffe reduzieren.

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Human Brain Project

Im von der Europäischen Kommission geförderten Projekt »Human Brain Projekt« (HBP) arbeiten führende Forschungseinrichtungen daran, das menschliche Gehirn besser zu verstehen. Dazu entwickeln sie beispielsweise neue Simulationsverfahren auf Hochleistungsrechnern. Ziele sind die Entwicklung neuer Therapieansätze zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns sowie neue Verfahren im Hochleistungsrechnen.

Forscher des SCAI-Geschäftsfelds Virtual Material Design sind an einem Teilvorhaben des HBP beteiligt. Sie entwickeln unter anderem Software sowie numerische Algorithmen und Methoden, um neurowissenschaftliche Simulationen auf Hochleistungsrechnern zu nutzen. Sie bringen dabei ihr Know-how in der Multiskalensimulation und der numerischen Simulation in der Moleküldynamik ein

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Nanomaterialien

Die meisten Nanopartikel besitzen außergewöhnliche Materialeigenschaften und bieten somit ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten in vielen Anwendungsfeldern wie zum Beispiel der Leichtbauweise, Energie, Umwelt, Elektronik, Medizin und auch der Informations- und Kommunikationstechnik. Insbesondere werden sie als Füllstoffe in Nanokompositen verwendet. Neben auf Kohlenstoff oder Bornitrid basierten Nanopartikeln kommen auch keramische und metallische Nanopartikel zum Einsatz und sind Gegenstand der aktuellen Forschung.

Im Rahmen des Designs und der Herstellung von Nanomaterialien ergeben sich viele Fragestellungen, zu deren Lösung das Geschäftsfeld Virtual Material Design effiziente Werkzeuge zur Verfügung stellt.

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Simulation zur Einschätzung der Giftigkeit von Chemikalien

Im BMBF-Projekt »Schaltbare, intelligente Tribosysteme mit minimalen Reibverlusten und maximaler Lebensdauer« (SchmiRmaL) verwendet Fraunhofer SCAI eine hochmoderne molekulare Modellierung zur Simulation von Octanol-Wasser- und Membran-Wasser-Verteilungskoeffizienten. Beide Bestandteile sind wichtig, um die Giftigkeit der Chemikalien zu schätzen. Dabei misst die Octanol-Wasser-Verteilung, wie stark sich eine Chemikalie in einem biologischen Stoff anreichert. Dagegen zeigt die Membran-Wasser-Verteilung, wie schnell eine Chemikalie in eine biologische Zelle eindringen kann. Da die Experimente aufgrund der extrem geringen Konzentrationen nicht leicht durchzuführen sind, stellt die Simulation in Bezug auf die Genauigkeit und den Preis eine realistische Alternative dar.

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Simulation von Ionenmigrationsprozessen

Kombinierte Diffusions- und Konvektionsvorgänge von Ionen durch verschiedenartige Materialien sind die Grundlage vieler technisch interessanter Prozesse, von Batteriebetrieb über Betonzersetzung bis zum Einsatz von Biomembranen. NPNP ist eine Software zur numerischen Simulation von komplexen Ionenmigrationsprozessen mehrerer verschiedener Ionenspezies unter Berücksichtigung der Kopplung von elektrischem Feld und Ladungen bei freier Geometrie. NPNP erlaubt die Simulation zeitabhängiger Phänomene.

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Hochperformante zementartige Materialien

Zement und verwandte Materialien sind in unserer heutigen Gesellschaft von enormer Bedeutung. In Anbetracht ihrer Verwendung zum Bau von Brücken, Flughäfen, Wohngebäuden und zahllosen anderen Schlüsselkomponenten moderner Infrastruktur ist ihre Stabilität und Zuverlässigkeit besonders wichtig.

Vor diesem Hintergrund überrascht es, dass die Forschung viele Fragen zu Zement und zementartigen Gelen noch nicht beantworten konnte.

Die Abteilung Virtual Material Design des Fraunhofer SCAI stellt Werkzeuge zur Verfügung, die einige dieser offenen Probleme löst.

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ATOMMODEL

There is an urgent need for new modeling tools for discovering and predicting the properties of new materials used in electronics. QuantumWise, Fraunhofer SCAI and scapos bring together their expertise and software tools to develop a simulation platform which can model new materials sufficiently accurately.

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