FAU Erlangen-Nürnberg

Im Department Werkstoffwissenschaften

Postdoc Chandra Macauley erforscht die Strukturen von Brennstoffzellen an der FAU
Autor: Katrin Piecha,

Im Labor des Departments Werkstoffwissenschaften bereitet Dr. Chandra Macauley eine Materialprobe sorgfältig vor: Sie taucht die Probe in flüssigen Stickstoff, so dass der Inhalt sofort bei etwa -190 Grad Celsius gefriert. Bei dieser kryogenen Temperatur untersucht Macauley die Probe mithilfe der FIB-REM-Tomographie, einer Bildgebungstechnik, die einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) kombiniert. Indem zwei Strahlen verwendet werden, ein Ionenstrahl und ein Elektronenstrahl, kann eine 3D-Rekonstruktion der Probe erzeugt werden.

Chandra Macauley ist Postdoktorandin an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und forscht zu Wasserstoff-Brennstoffzellen und Katalysatoren. Brennstoffzellen wandeln chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrizität um. Im Gegensatz zu Batterien benötigt eine Brennstoffzelle jedoch eine kontinuierliche Brennstoffquelle, um die Reaktion aufrechtzuerhalten. „Wenn wir die Struktur von Brennstoffzellen besser verstehen und anpassen können, können wir auch deren Leistung verbessern“, erklärt Macauley.

Post-Doc Dr. Chandra Macauley und Sven Giese arbeiten an einem Focused Ion Beam, einer Ionenfeinstrahlanlage.
In ihrem Labor an der FAU hat Macauley Zugang zu erstklassiger Ausstattung.

Leidenschaft für Energieforschung

Seit ihrer ersten Erfahrung in einer Großstadt ­– sie ist in Montana aufgewachsen – interessiert sich Macauley für die Entwicklung von besseren und saubereren Transportmitteln, für Energieforschung. Ihre akademische Laufbahn begann jedoch nicht damit. Sie studierte Chemieingenieurwesen an der Montana State University: „Ich hatte das Gefühl, dass sich dadurch vielfältigere Karrieremöglichkeiten ergeben als mit einem Abschluss in einer anderen Ingenieurdisziplin.“

Während ihres Studiums spezialisierte sie sich auf Energieforschung. „Ich habe festgestellt, dass viele Probleme in der Energieforschung mit der Materialwissenschaft zusammenhängen“, sagt Macauley. Während ihres Auslandsjahres in Västerås, Schweden, entschied sie sich für ein Programm in Energietechnik. Anschließend bewarb sie sich erfolgreich für ein Doktorandenprogramm in Werkstoffwissenschaften an der University of California in Santa Barbara – eines der besten Programme auf diesem Gebiet. Dort forschte sie an Hochtemperaturkeramiken für Düsentriebwerke – ein völlig neues Gebiet für sie. „Es war eine Herausforderung, sich in ein neues Gebiet einzuarbeiten. Es war definitiv eine steile Lernkurve, aber ich bin gerne flexibel und anpassungsfähig. Ich denke, das ist heutzutage eine dringend benötigte Qualität.“

Ich denke, dass die beste Forschung in interdisziplinären Teams stattfindet, in denen Menschen Wissen aus verschiedenen Bereichen und Hintergründen einbringen.
Dr. Chandra Macauley, Postdoc, FAU

Werkstoffwissenschaften an der FAU

Nach ihrer Promotion ergriff Macauley die Gelegenheit, wieder in Europa zu leben. Sie zog nach Deutschland, um an der FAU am Department Werkstoffwissenschaften anzufangen: Aus früheren Projekten kannte sie Prof. Dr. Peter Felfer, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften), und Prof. Dr. Kyle G. Webber, Lehrstuhl für Glas und Keramik an der FAU, die ihr beide von den großen Chancen erzählten, die die FAU ihren Nachwuchsforscherinnen und -forschern bietet. „Ich wollte ins Ausland ziehen und meine Forschungserfahrung auf neue Gebiete ausweiten“, erklärt sie. „Die FAU ist eine großartige Wahl für mich, da sie über hervorragende Forschungseinrichtungen verfügt und ich mit Expertinnen und Experten auf ihren jeweiligen Gebieten zusammenarbeiten kann“, fügt sie hinzu.

An der FAU verfügt Macauley über die modernste Technologie zur Analyse der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Werkstoffen. Sie hat zudem die Möglichkeit, mit einer Vielzahl von Forschungsgruppen aus verschiedenen Disziplinen zusammenzuarbeiten. „Wir arbeiten unter anderem eng mit dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg zusammen. Infolgedessen gibt es immer wieder interessante Herausforderungen, die durch Forschung gelöst werden müssen“, sagt Macauley.

Steffen Lamm (vorne) und Maher Ghanem an der Atomsonde.

Werkstoffwissenschaften an der FAU

Forschungsgebiete

Durch die enge Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen stehen in der werkstoffwissenschaftlichen Forschung an der FAU insbesondere Herausforderungen in den Bereichen Mobilität, Energie und Life Science im Fokus. Spezifische Forschungsbereiche umfassen:

  • mechanische Eigenschaften von Baustoffen
  • grundlegende Aspekte neuartiger Verarbeitungstechniken
  • Oberflächenwissenschaften und -technologie, Elektrochemie, Oberflächenanalyse, Korrosion, Mikro- und Nanostrukturierung
  • Polymerstruktur und -verarbeitung, Silikone, Polymerstrukturen für biomedizinische Anwendungen, organische Materialien für Anwendungen in elektronischen Geräten 
  • Werkstoffe für erneuerbare Energien und erneuerbare Stromerzeugung
  • Entwicklung nanostrukturierter Biomaterialien für medizinische Implantate, Tissue Engineering und Arzneimittelabgabe

Modernste Ausstattung

  • Titan Themis 300: Transmissionselektronenmikroskop (kann einzelne Atome und ihre Bindungen abbilden)
  • Ionenoberflächen-Feinbearbeitungsmaschine
  • selektive Elektronenstrahlmaschine: additive Fertigung von metallischen Werkstoffen
  • Alterungssimulator für Solarzellen
  • Aerosolablagerungskammer: Herstellung von Keramikfolien
  • industrielle Produktion von Polymerfasern-Spinnereien

Nationale und internationale Zusammenarbeit

  • Sonderforschungsbereiche (SFB): Die FAU koordiniert acht interdisziplinäre Forschungsprojekte und ist an fünf weiteren beteiligt. Das Department Werkstoffwissenschaften ist an sechs SFB beteiligt
  • Das Department bietet verschiedene nationale und internationale Promotionsprogramme an, darunter das neueste IGK 2495 „Energy Conversion Systems: From Materials to Device“: eine Kooperation des Departments für Werkstoffwissenschaften der FAU mit dem Nagoya Institute of Technology Japan
  • Mehrere EU- (Horizont 2020) und ERC-Projekte

Weitere Informationen zur Werkstoffwissenschaft an der FAU

Offen für neue Herausforderungen

In naher Zukunft möchte Macauley sich darauf konzentrieren, mehr Kooperationen zu entwickeln und weiterhin an anwendungsorientierter Forschung zu arbeiten. Zum Beispiel organisierte sie einen Workshop, der sowohl jungen als auch erfahrenen Forscherinnen und Forschern eine gründliche Einführung in die physikalischen Grundlagen der Atomsondentomographie, Probenvorbereitung sowie Datenrekonstruktion und -interpretation bot. Daneben gab es parallele Praxissitzungen, in denen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre eigenen Proben herstellen, Messungen durchführen und ihre Daten rekonstruieren konnten. Darüber hinaus bot das Seminar jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine gute Gelegenheit, mit erfahrenen Kolleginnen und Kollegen in Kontakt zu treten und so den internationalen Austausch zu fördern.

Es war eine Herausforderung, sich in ein neues Gebiet einzuarbeiten. Es war definitiv eine steile Lernkurve, aber ich bin gerne flexibel und anpassungsfähig. Ich denke, das ist heutzutage eine dringend benötigte Qualität.
Dr. Chandra Macauley, Postdoc, FAU

„Ich denke, dass die beste Forschung in interdisziplinären Teams stattfindet, in denen Menschen Wissen aus verschiedenen Bereichen und Hintergründen einbringen“, sagt Macauley. Und fährt fort: „Ich schöpfe meine Energie aus der Arbeit mit Menschen. Mein oberstes Ziel ist es, in einem Team Materialprobleme zu lösen, die für die Gesellschaft wichtig sind. Und obwohl ich vor neuen Herausforderungen definitiv nicht zurückschrecken werde, bin ich jetzt gerade an der FAU sehr glücklich.“

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