Dr. Pierangelo Gröning - Swissmem · 50 Jahre Empa Dübendorf – Zeitreise Dr. Pierangelo...
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50 Jahre Empa Dübendorf – ZeitreiseDr. Pierangelo Gröning
Leiter Departement “Moderne Materialien und Oberflächen”Überlandstrasse 129CH-8600 Dübendorf
134 Jahre Empa
1
1880 “Anstalt für die Prüfung von Baumaterialien” beginnt ihre Tätigkeit. Prof. Dr. Ludwig von Tetmajer ist ihr erster Direktor
1891 Auftrag die Ursache für den Einsturz der von Gustav Eiffel erbauten Eisenbahnbrücke in Münchenstein abzuklären.
1895 Bezeichnung “Eidg. Materialprüfungsanstalt” wird zum ersten Mal verwendet.
1937 Die Schweizerische Textilkontrollstelle St. Gallen wird einge-gliedert. Die Empa erhält den Namen “Eidg. Materialprüfungs-und Versuchsanstalt”.
1963 Die Empa zieht von Zürich nach Dübendorf1988 Die Empa heisst neu “Eidg. Materialprüfungs- und Forschungs-
anstalt”. 2001 Empa richtet sich prioritär auf Forschung aus.
Empa bis 1963 an der ETH Zürich (1)
Die Empa an der Leonhardstrasse in Zürich
Empa bis 1963 an der ETH Zürich (2)
Gedränge an der Leonhardstrasse in Zürich kurzvor dem Umzug nach Dübendorf
Eduard Amstutz: Vater der Empa in Dübendorf
Direktionspräsident Empa ETH-Professor Delegierter des BR für Luftfahrt Vizepräsident SWISSAIR Flugzeugbeschaffer der Armee
Botschaftdes
Bundesrates an die Bundesversammlungüber die Errichtung von Neubauten
der Eidgenössischen Materialprüfungs- undVersuchsanstalt (EMPA) in Dübendorf
(Vom 11 Juni 1956)
Zur Errichtung von Neubauten der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Versuchsanstalt (EMPA) in Dübendorf und für deren maschinelle und apparative Ausrüstung wird ein Objektkredit von 62‘500‘000 Franken bewilligt.
Empa-Rohbau Dübendorf 1958
Empa-Gelände Dübendorf 1962
Fotograf: E. Bohtz / Pilot: J. Kuster
Empa-Gelände Dübendorf 1963
Empa-Gelände Dübendorf heute
Empa: Die Prüfanstalt (1)Einsturz der Eisenbahnbrücke in Münchenstein (1891)
Empa: Die Prüfanstalt (2)
Lineare Korrelationgemäss Prof. L. v. Tetmajer
Lineare Korrelationgemäss Prof. L. v. Tetmajer
Euler’sche Hyperbel Euler’sche Hyperbel
Einsturz der Eisenbahnbrücke in Münchenstein (1891)
Empa: Die Prüfanstalt (3)Anlage:Ermüdungsverhalten von Spannkabeln (1969)(650 Tonnen, 4.5 Hz)
Kurt Schumacher BrückeMannheim 1972
Olympiastadion München 1972
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (1)ELS: Die Stärkste Seilzug-Prüfmaschineder Welt (1984)
Sutong Brücke, China
MagnetorheologischerDämpfer
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (2)
BBC Baden:CFK-Dampfturbinenschaufeln / Niederdruckbereich (Dr. J. H. Greenwood)
Kohlefaser verstärkte Kunststoffe (CFK)Erste CFK-Experimente an der EMPA (1973)
Kohlefaser verstärkte Kunststoffe (CFK)Nutzlastverkleidung der Ariane V (1994)
CFK/Alu-Sandwich-Leichtbau
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (3)
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (4)CFK-Verstärkung zur Sanierung grosser Tragwerke
Empa FellowProf. Urs Meier
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (5)Weltpremiere: Mit CFK sanierte Ibachbrücke in Luzern(1991)
Empa: Vom Prüfen zum Forschen (6)CFK an der Empa: Eine Erfolgsstory
Mit CFK vorgespannte hochfeste Betonelemente (1998)
Weltpremiere:Storchenbrücke in Winterthur mit CFK-Schrägseilen (1996)
Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK)CFK an der Empa: Eine Erfolgsstory / Spin-Off Carbo-Link
CFK SpannseileLiebherr Krane mit CKF Spann-seilen von Carbo-Link
Alinghi, America's Cup Sieger in Valencia mit CFK Strangschlaufen der Carbo-Link (2007)
Schadensanalytik eine Domäne der EmpaDürrenäsch AbsturzSwissair Caravelle (1963)
Hallenbaddecke Uster (1985)
Schilthorn (2004)ICE / Eschede (D) (1998)
Schadensanalytik an der Empa heute
Turnhalle, St. Gallen 2009 Glion Tunnel (2012)
Fokussierung auf grosse und komplexe Schadensfälle Auslagerung der Druckbehälterprüfung an den SVTI (1992) Auslagerung der Schweisstechnik an den SVS (2007) Auslagerung der Metallographie an den IWT/SVTI und MatExpert (2009)
Trotzdem kein Reduktion des Auftragsvolumens!!
Empa ab 2002 CEO Prof. Dr. Louis Schlapbach (2002 – 2009)
Auftrag des ETH-Rates:Entwicklung der Empa zu einer welt-weit führenden Forschungsinstitution im Bereich Materialwissenschaften und Technologien.
Forschungsschwerpunkte der Empa
NanostructuredMaterials
Energy
Natural Resources& Pollutants
Sustainable Build Environment
Health and Performance
Research Focus Areas (RFA)
RFA “Nanostructured Materials”
Module 4Mikro- and Nano-Charakerisierung
Einzigartig
Module 2Nano-strukturierte Dünnschichten
Funktionell
Module 1Nanopartikel & Nanokomposite
Strukturell
Module 3Mikro- and Nano-Fabrikation
Effizient
Empa: Von den Grundlagen zur Anwendung
Industrie&
Gesellschaft
Industrie&
Gesellschaft
Angewandte Forschung
&Dienstleistun-
gen
Vorwettbe-werblicheForschung
Grundlagen-forschung
16 %12 % 72 %
Drittmittel (2012: 62.0 Mio. CHF 39%)
Grundfinanzierung (2012: 97.9 Mio. CHF 61%)
Grundlagenforschung Thermische Leitfähigkeit: Graphen ~ 5’000 Wm-1K-1
Silizium ~ 150 Wm-1K-1
Elektronenmobilität: Graphen < 200’000 cm2V-1s-1
Silizium 1’400 cm2V-1s-1
Thermische Leitfähigkeit: Graphen ~ 5’000 Wm-1K-1
Silizium ~ 150 Wm-1K-1
Elektronenmobilität: Graphen < 200’000 cm2V-1s-1
Silizium 1’400 cm2V-1s-1
Problem: Graphen ist ein Halbmetall und kein Halbleiter !!
Lösung: Graphen Nanobänder < 2 nm Breite !!
Atomare Kraftmikroskop Aufnahme
Grundlagenforschung mit der Industrie!
T1 T2 > T1
“Bottom-Up” Synthese von Graphen-Nanobändern
Nano in der Fügetechnik
300
350
400
450
500
550
600
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1/(Schichtdicke AlSi) [1/nm]
Sch
mel
ztem
pera
tur
[°C
]
Bulk AlSi
Nano-Multilagen AlSi
Entdeckt 1954 durch M. TakagiSource: Wilden, DVS Forschungsseminar, 2006
Metall/Keramik Fügen für die Raumfahrt
Fokussier- undBeschleunigungseinheit(Titan / Aluminiumoxid / Kupfer)
Flange der Ionenquelle(Titan / Aluminiumoxid / Kupfer)
BepiColombo: ESA Mission zum Planeten MerkurStart: August 2015Projekt der Uni Bern
Vorsprung durch Technik: GeräteentwicklungHochtemperatur Nanoindenter(Partner: CSM instruments, CH)
3D NanoChemiscope(Partner: ionTOF (D))
ToF-SIMS
AFM
7.5 x 7.5 m2
PCBM (gelb)CyI (blau)
Empa Stärke: Inter- & Transdisziplinarität (1)Beispiel: Nano und Baumaterialien / Aerogel Isolationsverputz
Los Alamos National LaboratoryLos Alamos National LaboratoryLos Alamos National Laboratory Apollo 16 (1972)
Thermische Isolation < 27 mW/m·K Geringe Schrumpfung (≤ 1‰) Wasserdampf-Diffusionswiderstand µ < 10 Hydrophob (wasserabweisend) Rein mineralisch Markteinführung: 2013
Empa Stärke: Inter- & Transdisziplinarität (2)Beispiel:IR-Spektroskopie / Kontinuierliche Messung des Treibhausgases CO2
Entwickeltes IR-Spektrometermit Quantenkaskadenlaser
Weltpremiere 2009:Erste Messung auf dem Jungfraujoch
Empa Stärke: Inter- & Transdisziplinarität (3)Beispiel:IR-Spektroskopie / Krebsdiagnostik / Leckdetektion
UltraschnelleCO2-LeckDetektion
CO2 Analyse der Atemluftfür Krebsdiagnostik(Empa, EPFL, ETHZ)
Miniaturisierung
Empa Stärke: Inter- & Transdisziplinarität (4)Beispiel: Betonforschung im Nanometerbereich / FIB Tomographie
Ele
ktro
nens
trahl
y
z
x
Minimale Schichtdicke: ~ 15 nm
~ 20 μm
Empa Stärke: Inter- & Transdisziplinarität (5)Beispiel: Betonforschung im Nanometerbereich / FIB Tomographie
1 µm
FIB Tomographie:Voxel size: 14.84 x 18.84 x 30 nm3
Simulation:Wasserkondensation @ 99 – 95% RH
Empa in Zahlen (2012) 3 Standorte (Dübendorf, St. Gallen, Thun) 27 Technische Labors >950 Angestellte (~860 FTE, 30% Frauen) 24 Professoren 160 Doktorierende 40 Auszubildende +200 Gastwissenschaftler & Praktikanten
Wiss. Output >500 (SCI/E) Publikationen >100 Seminare & Konferenzen
Laufende DrittmittelprojekteEU-Projekte > 50; SNF > 100; KTI > 100
Empa eine Forschungsinstitution mit WeltrufScimago Institutions Rankings: “Normalized Impact”Scimago Institutions Rankings: “Excellence Rate”
Forschungsschwerpunkte der EmpaVielen Dank
für IhreAufmerksamkeit