Moderne Fälscher entlarven

Medienmitteilung der ETH Zürich vom 03.06.2019

Forschende der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem moderne Fälschungen von Bildern zweifelsfrei nachgewiesen werden können, selbst wenn der Fälscher alte Materialien verwendete. Für den Nachweis brauchen die Forschenden weniger als 200 Mikrogramm Farbe.

Kunstfälschungen sind seit der Antike bekannt, doch der Kunstmarkt wächst und die Kommerzialisierung hat rasant zugenommen. Das verleitet den einen oder anderen dazu, ein historisches Bild nachzumalen und das schnelle Geld zu machen. Solche Fälschungen sind am einfachsten aufzudecken, wenn sich nachweisen lässt, dass das verwendete Material jünger ist, als das Bild datiert wurde.

Moderne Fälscher verwenden deshalb oft alte Materialien, um die Fälschung besser zu kaschieren, oder übermalen historische Gemälde. Der berüchtigte Han Van Meegeren (1889-1947), der sich auf das Fälschen von Vermeer-Gemälden spezialisiert hatte, war bekannt dafür, die Farbe älterer Gemälde abzuschaben und wiederzuverwenden, um so die Illusion eines natürlich gealterten Gemäldes zu erwecken.

C14-Methode chemisch erweitert

Die Datierung mit Radiokarbon, die sogenannte C14-Methode, die seit den 1940er-Jahren bekannt ist, erlaubt es, Fälschungen zu erkennen. Sie basiert auf der Tatsache, dass 14C-Atome in einer feststehenden Gesetzmässigkeit zerfallen. Bestimmt man das Verhältnis von 12C und 14C-Atomen in einer Probe und vergleicht es mit Referenzwerten, lässt sich das Alter der Probe bestimmen. Das Labor für Ionenstrahlphysik der ETH Zürich hat mit diesem Verfahren bereits verschiedentlich international für Aufsehen gesorgt, weil es die Echtheit von historischen Gegenständen bestätigen oder widerlegen konnte.

Allerdings hat die Methode einen grossen Nachteil: Die Probe kann durch alte Materialien verfälscht sein, was sich mit der C14-Methode nur schwer entdecken lässt. Laura Hendriks, die gleichzeitig in der Gruppe von Prof. Hans-Arno Synal am Labor für Ionenstrahlphysik als auch in der Gruppe von Prof. Detlef Günther am Laboratorium für anorganische Chemie doktoriert, hat nun für dieses Problem eine elegante Lösung gefunden. Sie publiziert das neue Verfahren heute in der Fachzeitschrift PNAS.

In einem ersten Schritt gilt es, eine ideale Probestelle zu finden, die nur anorganische Pigmente enthält. Diese Probe wird danach mit chemischen Verfahren so gereinigt, dass nur noch 10 Mikrogramm reiner Kohlenstoff übrigbleibt. Dieser lässt sich dann wie bisher mit der C14-Methode analysieren. «Wir haben neu die bekannte physikalische Methode mit chemischen Methoden kombiniert, um so ein eindeutiges Resultat zu bekommen», sagt Hendriks.

Bindemittel verrät Fälscher

Für die Publikation hat Hendriks ihre Methode an einen bekannten Fall getestet: Robert Trotter malte ein Gemälde im amerikanischen primitiven Volkskunststil, signierte es mit «Sarah Honn» und datierte es auf «5. Mai 1866 n. Chr.» Bereits früher gestand Trotter in einem Prozess, die Sarah-Honn-Fälschung 1985 gemalt zu haben.

Die ETH-Forschenden haben nun zwei Mikroproben von diesem Gemälde analysiert: eine Leinwandfaser und einen Farbpartikel mit einem Gewicht von weniger als 200 Mikrogramm. «Dank neuer Entwicklungen im Labor für Ionenstrahlphysik können wir heute deutlich kleinere Proben messen als früher», erklärt Hendriks. Die Datierung der Leinwand passt zwar zur angeblichen Zuschreibung zum 19. Jahrhundert. Doch die Datierung der Farbe deckt die Fälschung auf. Auch wenn ein Fälscher zur Tarnung alte Farbpartikel verwendet, muss er sie nämlich mit einem neuen Bindemittel mischen. Und genau diesen Umstand machen sich die ETH-Forschenden nun zu Nutze.

Falsches Öl verwendet

Die Analyse des Bindemittels ist eine komplexe Aufgabe, weil es eine heterogene Mischung ist. Doch die Ergebnisse sind eindeutig: Das verwendete Öl im Bindemittel enthält einen Überschuss an 14C, der charakteristisch für das 20. Jahrhundert ist. Denn durch den Einsatz von Kernwaffen stieg die 14C-Konzentration in der Atmosphäre enorm an, so dass sich Proben aus dieser Zeit sehr genau datieren lassen. Die Samen, aus denen das Öl für das Bindemittel gewonnen wurde, wurden zwischen 1958-1961 oder 1983-1989 geerntet. Das widerspricht der Datierung der Leinwand und beweist, dass das Bild nach 1950 produziert wurde – es handelt sich also zweifelsfrei um eine moderne Fälschung. «Anhand dieses bekannten Falls können wir nun zeigen, dass unsere Methode wirklich funktioniert», sagt Hendriks.

Ob mit der neuen Methode nun routinemässig Fälscher zur Strecke gebracht werden können, ist allerdings noch unklar. Es ist nicht ganz einfach, eine geeignete Stelle für die Probenahme zu finden, und auch das Messverfahren ist sehr aufwändig, da es einige komplexe und kostspielige Schritte beinhaltet. Dennoch dürfte das neue Verfahren in der Kunstwelt auf grosses Interesse stossen, wenn es darum geht, die Echtheit von berühmten Gemälden zuverlässig nachzuweisen.

Publikation:
Hendriks L et al. Uncovering modern paint forgeries by radiocarbon dating. PNAS, published online June 3rd 2019. DOI: 10.1073/pnas.1901540116

Externer Link: www.ethz.ch

TU Wien entwickelt verbesserte Tunnelröhren

Presseaussendung der TU Wien vom 28.05.2019

Ressourcenschonenderen Tunnelbau ermöglicht nun eine Erfindung der TU Wien: Durch spezielle Bewehrungen aus Metall wird die Stabilität der Röhrenelemente erhöht.

Eine Tunnelröhre muss stabil und belastbar sein, gleichzeitig möchte man mit möglichst wenig Material auskommen. Entscheidend ist, wie die Kraft von einem Betonelement auf das andere weitergegeben wird. An der TU Wien wurde nun eine neue Tunnelbau-Technik patentiert, die mehrere Probleme gleichzeitig lösen kann: Sie ermöglicht ressourcenschonenden Tunnelbau, sorgt für langfristig haltbare Strukturen, vermindert Schwierigkeiten mit Korrosion und möglichen Brandschäden.

Betonringe aus mehreren Einzelteilen

Eine Tunnelröhre besteht aus großen Betonringen, die ihrerseits wieder aus einzelnen gekrümmten Elementen aufgebaut ist. „Diese Elemente nennt man Tübbinge – jeweils sechs bis zehn Tübbinge bilden normalerweise einen Tübbingring“, erklärt Prof. Johann Kollegger vom Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien.

Die Tübbinge sind an den Rändern abgeschrägt, um Abplatzungen an den Kanten zu vermeiden. Das verkleinert allerdings die Fläche, auf der die Tübbinge einander berühren. Wenn die Kräfte über eine kleinere Fläche abgeleitet werden, steigt die mechanische Spannung, die Bauelemente werden stärker belastet.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Man kann einfach den gesamten Tübbingring dicker und massiver gestalten, damit auch die verkleinerte Querschnittsfläche immer noch groß genug ist, doch dann wird die Gesamtkonstruktion schwerer und teurer. Oder man verstärkt die Fugen mit Metall. Das kostet allerdings viel Geld, das Metall befindet sich direkt an der Oberfläche der Konstruktion, wodurch es zu Korrosion kommen kann, und noch dazu ist eine solche Lösung nicht feuerbeständig: Im Brandfall verlieren solche Verstärkungskörper aus Metall rasch ihre Tragkraft.

Der Bewehrungsstab nimmt Kräfte auf

An der TU Wien entwickelte man nun eine ganz andere Methode: In den Beton der Tübbinge wird ein Bewehrungsstab aus Metall eingebaut. Er reicht bis zur Querschnittsfläche, wo der Tübbing auf dem Nachbartübbing aufliegt. So kommt jeder Bewehrungsstab in direkten Kontakt mit dem nächsten, ein Teil der Kräfte werden von den Metallstäben aufgenommen. Die Bewehrungsstäbe liegen vollständig innerhalb des Tübbingrings, daher besteht keine Korrosionsgefahr.

„Diese Entwicklung wird die Herstellung von Tunnelröhren mit schlankeren Tübbingen ermöglichen und damit einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten“, sagt Johann Kollegger. „Schlanke Tübbinge bedeuten einen geringeren Betonverbrauch und damit eine Schonung der natürlichen Ressourcen.“

Die neue Technik wurde mit Unterstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien bereits patentiert. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Licht aus neuartigen Teilchenzuständen

Presseaussendung der TU Wien vom 12.04.2019

Eine neue Art von Leuchtdiode wurde an der TU Wien entwickelt: In dünnen Schichten aus nur wenigen Atomlagen kann man mit Hilfe exotischer „Exzitonencluster“ Licht erzeugen.

Wenn Teilchen eine Bindung eingehen, entstehen normalerweise Atome oder Moleküle – zumindest wenn das im freien Raum passiert. Im Inneren eines Festkörpers lassen sich noch viel exotischere Bindungszustände herstellen.

Diesen Umstand konnte man nun an der TU Wien nutzbar machen: In extrem dünnen Materialschichten aus Wolfram und Selen oder Schwefel wurden durch das Anlegen elektrischer Pulse sogenannte „Exzitonencluster“ erzeugt. Dabei handelt es sich um exotische Bindungszustände aus Elektronen und „Löchern“ im Material. Diese Exzitonencluster können anschließend in Licht umgewandelt werden. So entsteht eine neuartige Form von Leuchtdiode, bei denen man die Wellenlänge des gewünschten Lichts sehr präzise steuern kann. Publiziert wurde dieses Ergebnis nun im Fachjournal „Nature Communications“.

Elektronen und Löcher

In einem Halbleitermaterial kann elektrische Ladung auf zwei unterschiedliche Arten transportiert werden: Einerseits können Elektronen von Atom zu Atom quer durch das Material wandern – sie tragen negative Ladung mit sich. Andererseits kann es auch passieren, dass irgendwo ein Elektron fehlt – dann ist diese Stelle positiv geladen und man spricht man von einem „Loch“. Wenn ein Elektron aus einem Nachbaratom nachrückt und das Loch füllt, hinterlässt es an seinem ehemaligen Platz gleich wieder ein Loch. So können Löcher ähnlich wie Elektronen durch das Material wandern, allerdings in umgekehrter Richtung.

„Unter bestimmten Umständen können sich Löcher und Elektronen aneinander binden“, sagt Prof. Thomas Müller vom Institut für Photonik (Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik) an der TU Wien. „Ähnlich wie in einem Wasserstoffatom ein Elektron um den positiv geladenen Atomkern kreist, kann im Festkörper ein Elektron um das positiv geladene Loch kreisen.“

Sogar kompliziertere Bindungszustände sind möglich – sogenannte Trionen, Biexzitonen oder Quintonen, an denen drei bis fünf Bindungspartner beteiligt sind. „Das Biexziton ist beispielsweise das Exziton-Äquivalent zum Wasserstoffmolekül H2“, erklärt Thomas Müller.

Zweidimensionale Schichten

In den meisten Materialien sind solche Bindungszustände höchstens bei extrem tiefen Temperaturen knapp am absoluten Nullpunkt möglich. Doch in sogenannten „zweidimensionalen Materialien“, die nur aus atomar dünnen Schichten bestehen, sieht die Sache anders aus. Das Team der TU Wien, an dem auch Matthias Paur und Aday Molina-Mendoza beteiligt waren, erzeugte eine ausgeklügelte Sandwich-Struktur, in der eine dünne Schicht aus Wolframdiselenid oder Wolframdisulfid zwischen zwei Bornitrid-Schichten eingesperrt wird. Mit Hilfe von Elektroden aus Graphen kann an dieses ultradünne Schichtsystem eine elektrische Spannung angelegt werden.

„In so einem Schichtsystem haben die Exzitonen eine viel höhere Bindundungsenergie als in herkömmlichen Festkörpern und sind daher deutlich stabiler. Sogar bei Zimmertemperatur lassen sich noch einfache Bindungszustände aus Elektronen und Löchern nachweisen. Bei tiefen Temperaturen kann man große, komplizierte Exzitonencluster messen“, berichtet Thomas Müller. Je nachdem, wie man das System mit Hilfe kurzer Spannungspulse mit elektrischer Energie versorgt, kann man unterschiedliche Exzitonencluster erzeugen. Wenn diese Cluster dann wieder zerfallen, setzen sie Energie in Form von Licht frei, dadurch funktioniert das ausgeklügelte Schichtsystem als Leuchtdiode.

„Unser leuchtendes Schichtsystem ist nicht nur eine großartige Möglichkeit, Exzitonen zu studieren, sondern auch eine neuartige Lichtquelle“, sagt Matthias Paur, Erstauthor der Studie. „Wir haben damit nun eine Leuchtdiode, deren Wellenlänge man gezielt beeinflussen kann – und zwar auf sehr simple Weise, einfach durch die Form des angelegten elektrischen Pulses.“ (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Greifen mithilfe von Wärme und Kälte

Pressemitteilung der Universität Kassel vom 09.04.2019

Wissenschaftler der Universität Kassel haben gemeinsam mit einer Ausgründung aus der Hochschule ein Produkt entwickelt, das bestimmte Abläufe in automatisierten Fabriken effizienter machen kann. Das Produkt ist beispielhaft für die enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Start-ups in der nordhessischen Großstadt.

Der sogenannte Polygreifer kann auf Roboterarme montiert werden und Werkstücke verschiedener Materialien greifen und tragen. Herzstück ist eine doppelschichtige Platine, die aus einem Aluminiumblech und einem aufgetragenen Spezialpolymer besteht. Diese Material reagiert auf Wärme und Kälte: Wird die Platine erwärmt, verformt sich das Polymer und schmiegt sich in Sekundenschnelle um winzig kleine Unebenheiten, die selbst glatte Materialien wie Glas oder Metalle aufweisen. Nach der Abkühlung der Platine haftet das Werkstück und kann umgesetzt werden. Wird die Platine anschließend erneut erwärmt, wird es wieder freigegeben.

Das thermoplastische Polymer ist eine Entdeckung des Fachgebiets Kunststofftechnik der Universität Kassel. Die technisch anspruchsvolle Verbindung zwischen Aluminium und Polymer entwickelte das Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren (tff). Das Start-up-Unternehmen eta opt, das von einem Absolventen der Universität Kassel gegründet wurde, bringt das Produkt zur Marktreife. Das Land Hessen förderte die Entwicklung des Polygreifers im Rahmen seiner LOEWE-Initiative mit rund 327.000 Euro.

Im Gegensatz zu bisherigen industriellen Greifverfahren wie beispielsweise mit Druckluft oder Vereisung ist der Polygreifer universell einsetzbar; das Material des Werkstücks spielt praktisch keine Rolle und selbst kleine Greifflächen genügen. Das Greifsystem eignet sich besonders für industrielle Produktionsstraßen, die unterschiedliche Produkte fertigen, da Umrüstzeiten entfallen. Gegenüber Druckluft-basierten Verfahren liegt die Energieersparnis bei bis zu 70 Prozent. Prototypen des Polygreifers gibt es bereits, binnen eines Jahres will eta opt das Produkt nun auf den Markt bringen.

Das Fachgebiet tff der Universität (Leitung Prof. Dr.-Ing. Stefan Böhm) forscht in den Bereichen Fertigungs-, Produktions- und Automatisierungstechnik sowie Schweißen, Kleben, Spanen und Strahlen. Das Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim) vereint die Forschungsschwerpunkte Werkstofftechnik, Kunststoffprozesstechnik sowie Fügetechnik und Werkstoffverbunde. Die Ingenieurwissenschaften gehören zu den großen Schwerpunkt-Bereichen der nordhessischen Universität.

Förderung für Start-ups „ab dem ersten Geistesblitz“

Die Firma eta opt wurde 2015 von Dr.-Ing. Christoph Pohl gegründet, einem Absolventen und ehemaligen Mitarbeiter der Universität Kassel. Sie hat ihren Sitz im Science Park, in dem junge Unternehmen aus dem Umfeld der Hochschule auf dem Markt Fuß fassen und wachsen können. „Wir fördern vielversprechende Ideen und Start-ups im Grunde ab dem ersten Geistesblitz“, beschreibt es Kanzler Dr. Oliver Fromm, im Präsidium der Universität zuständig für Wissenstransfer. „Die Erfolgsgeschichte von eta opt zeigt beispielhaft, wie sich Beratung, die Anbahnung von Netzwerken, die Vermittlung von Stipendien und Förderprogrammen und die Zusammenarbeit mit der Forschung im Umfeld unserer Universität auszahlen. Hinzu kam hier eine großzügige Förderung des Landes, die es auch jungen Unternehmen ermöglicht, kapitalintensive Entwicklungen zu stemmen.“

Die Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz LOEWE ist ein Programm, mit dem das Land Hessen seit 2008 seine Forschungslandschaft stärkt und herausragende wissenschaftliche Verbundvorhaben fördert. Eine der Förderlinien unterstützt die Zusammenarbeit zwischen kleinen und mittleren Unternehmen und Hochschulen in der angewandten Forschung.

Der Science Park auf dem Campus der Universität Kassel ist ein Projekt von Universität und Stadt Kassel und der Sitz von zur Zeit etwa 20 jungen Unternehmen aus dem Umfeld der Hochschule. Bereits kurz nach der Einweihung 2015 war er weitgehend ausgebucht.

Externer Link: www.uni-kassel.de

Saar-Universität vergibt Lizenz für ein geschütztes augenchirurgisches Instrument

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 08.04.2019

Ein neues Instrument zur Vereinfachung von Hornhauttransplantationen wurde jetzt von der Geuder AG, einem der führenden Hersteller für augenchirurgische Instrumente, lizenziert. Die Universität des Saarlandes hatte die Erfindung von Dr. Shady Suffo als Gebrauchsmuster schützen lassen. Es handelt sich dabei um einen neuartigen Hornhautmarkierer, der bei der so genannten Keratoplastik, also der Hornhauttransplantation, zum Einsatz kommt. Diese ist eine relativ häufige und an vielen Kliniken durchgeführte Augenoperation. Allein am saarländischen Universitätsklinikum gab es im vergangenen Jahr über fünfhundert dieser Operationen. Die Patentverwertungsagentur der saarländischen Hochschulen war für die Vermarktung der Erfindung verantwortlich.

Bei einer Hornhauttransplantation wird die erkrankte Hornhaut durch eine gesunde Spenderhornhaut ersetzt. Es wird dabei eine Kreuzstichnaht erzeugt, um die Hornhaut dauerhaft am Augapfel zu fixieren. Diese Technik, die „Kreuzstichnaht nach Hoffmann“, stellt für ungeübte Operateure eine große Hürde dar. Schon seit einiger Zeit sind daher verschiedene Hilfsmittel, so genannte Hornhautmarkierer, auf dem Markt erhältlich. Durch die Erfindung von Dr. Shady Suffo werden gleich mehrere Probleme der bestehenden Hilfssysteme gelöst. Zum einen entfällt die Schwierigkeit, das Instrument per Augenmaß zu zentrieren. Zum anderen wird die Markierung auf punktuelle Weise erzeugt, so dass es für den Operateur nun wesentlich einfacher ist, die Stichtiefe während des Nahtvorgangs zu erkennen.

Die Erfindung wurde durch die Patentverwertungsagentur der saarländischen Hochschulen als Gebrauchsmuster für die Universität des Saarlandes geschützt. Das Gerät wurde bereits erfolgreich getestet und von Dr. Shady Suffo in Workshops mit Nachwuchsärzten eingesetzt. Kürzlich hat sich nun die Firma Geuder entschlossen, ihre Produktpalette um den „Kreuzstichnahtmarker nach Suffo“ zu erweitern.

Externer Link: www.uni-saarland.de