Sie sind schwammartig, ultraleicht und hochporös – und sie bestehen zu 99,9 Prozent aus Luft: Aeromaterialien. Dabei handelt es sich um komplexe Strukturen, die ein Netzwerk aus Hohlröhren bilden. Die Preisträgerin Lena Marie Saure hat sie erforscht, um Licht bzw. Strom in kontrollierter und ressourcenschonender Form in Wärmeenergie umzuwandeln. Während andere Materialien Licht an der Oberfläche absorbieren, erfolgt die Energieumwandlung durch Aeromaterialien innerhalb des gesamten Volumens. Das schafft Perspektiven für ihren Einsatz in unterschiedlichen Industriebranchen, etwa bei Hochleistungsbeleuchtungen, mikrofluidischen Pumpen oder pneumatischen Aktoren. Im Rahmen der Dissertation wurden bereits drei Patente angemeldet.

Für ihre wissenschaftlichen Leistungen wurde Lena Marie Saure, die ihre Dissertation am Institut für Materialwissenschaft der Universität Kiel geschrieben hat, am 16. Juli 2024 in Heidelberg mit dem BerthaBenz-Preis der Daimler und Benz Stiftung geehrt. Die mit 10.000 Euro dotierte Auszeichnung erhalten Ingenieurwissenschaftlerinnen, die durch ihre Forschung während der Promotion einen besonderen Beitrag für die Gesellschaft geleistet haben. "Der Bertha-Benz-Preis ist eine Überraschung und Bestätigung meiner Forschungsarbeit", sagt Saure. "Da er bundesweit ausgeschrieben wird und es so viele tolle ingenieurwissenschaftliche Innovationen gibt, habe ich kaum darauf zu hoffen gewagt!"

Durch die Aeromaterialien ist es möglich, das in der Struktur vorhandene Gas innerhalb kürzester Zeit zu erhitzen – und zwar ausschließlich mithilfe von Licht: Es sind hocheffiziente, photothermische Energiewandler. Die Volumenausdehnung des Gases kann dann beispielsweise für Pumpsysteme in der Mikrofluidik genutzt werden. "Für solche Anwendungen werden hybride Aerostrukturen auf Glasbasis benötigt, das ist der eine Teil meiner Arbeit", erklärt Saure. Diese können auch zur Diffusion von Laserlicht verwendet werden: Das Licht wird durch die Struktur gleichmäßig in alle Raumrichtungen gestreut und steht so für leistungsfähige Beleuchtungssysteme zur Verfügung.

Als weitere industrielle Anwendung stehen darüber hinaus Aeromaterialien aus Graphen (einatomige Lage von Kohlenstoff) in den Startlöchern, die als elektrische Energiewandler fungieren. Auf "Knopfdruck" lässt sich mit Strom innerhalb weniger Millisekunden das komplette Gasvolumen in der Struktur erhitzen. Saure hat mit ihrer Grundlagenund angewandten Forschung gezeigt, dass Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius erreichbar sind und – damit verbunden – extrem starke Volumenausdehnungen erfolgen. Es handelt sich um elektrisch gesteuerte Luftexplosionen, die künftig bei pneumatischen Aktoren zum Einsatz kommen können, etwa in der Automobil- oder Verpackungsindustrie. Mit einem einzigen elektrischen Impuls lässt sich ein Druckanstieg von mehr als drei Bar erreichen.

 
Die Daimler und Benz Stiftung möchte mit der Auszeichnung ausdrücklich Frauen in ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen ansprechen und deren berufliche Laufbahn unterstützen. Der Preis steht für Neugierde, Mut, Durchhaltevermögen und Pioniergeist im Sinne der Namensstifterin Bertha Benz, die im Jahr 1888 die weltweit erste Fernfahrt in einem Automobil unternahm. "Beim Thema Frauen in technischen Studiengängen hat sich in letzter Zeit schon einiges bewegt", so das Fazit von Saure. "Auch wenn manche Fakultäten oder Unternehmen noch Aufholbedarf haben, liegt der Frauenanteil in unserer Kieler Arbeitsgruppe bei einem beachtlichen Drittel."

Der Bertha-Benz-Preis zeichnet junge Ingenieurinnen aus, die mit den Ergebnissen ihrer Dissertation einen gesellschaftlichen Mehrwert geschaffen haben. Die Preisträgerinnen können von ihren wissenschaftlichen Institutionen vorgeschlagen werden. Die mit 10.000 Euro dotierte Auszeichnung wird jährlich vergeben und würdigt – in Anlehnung an Bertha Benz – Pioniergeist, Mut und visionären Charakter. Die prominente Namenstifterin unternahm im Jahr 1888 gemeinsam mit ihren beiden Söhnen die erste Fernfahrt in einem von Carl Benz konstruierten Automobil. Mit ihrem Wissen und technischen Verständnis stand sie ihrem Ehemann zeitlebens zur Seite.

Die Daimler und Benz Stiftung fördert Wissenschaft und Forschung. Dazu richtet sie innovative und interdisziplinäre Forschungsformate ein. Ein besonderes Augenmerk legt die Stiftung durch ein Stipendienprogramm für Postdoktoranden sowie die Vergabe des Bertha-Benz-Preises auf die Förderung junger Wissenschaftler. Mehrere Vortragsreihen sollen die öffentliche Sichtbarkeit von Wissenschaft stärken und deren Bedeutung für unsere Gesellschaft betonen.