2026-03-052026-03-05https://hdl.handle.net/11420/61904Biologische Materialien zeichnen sich durch eine einzigartige Vielfalt an Funktionalitäten aus, die durch den Einsatz weniger, aber reichlich vorhandener chemischer Elemente entstehen. Im Gegensatz dazu benötigen technische Materialien für besondere Funktionen häufig seltene und nicht nachhaltig nutzbare chemische Elemente. Die Natur umgeht dieses Problem, indem sie Funktionalitäten durch maßgeschneiderte Mehrskalenarchitekturen realisiert, bei denen Wasser als Arbeitsfluid auf kleinsten Skalen mit seiner einzigartigen strukturellen Dynamik agiert. Inspiriert von diesen Wundern der Natur, verfolgt BlueMat den weltweit einzigartigen Ansatz, eine neue Klasse nachhaltiger „blauer Materialien“ zu entwickeln, die ihre Funktionalität aus der Wechselwirkung von Wasser mit multiskalig strukturierter harter Materie beziehen. Dabei werden wir zunächst Effekte wie wassergestützte Aktorik, Kapillartransport, feuchtigkeitsabhängige Farben oder photokatalytische Wasserspaltung, wie sie in Tieren und Pflanzen zu beobachten sind, nachahmen. Ausgehend davon werden wir die Materialfunktionalitäten der Natur übertreffen, etwa durch Steuerung akustischer und elektromagnetischer Wellen, regulierbare Wärmeemission oder Erzeugung und Speicherung elektrischer Energie. Dazu werden wir neue Effekte nutzen, die sich etwa durch maßgeschneiderte räumliche Begrenzung von Wasser auf der Nanoskala erreichen lassen. Die Experimente werden wir mit Bildgebung und Modellierung von der atomaren Skala bis hinauf zur Bauteilebene begleiten. Durch Kombination von Top-down- und Bottom-up-Methoden werden wir eine skalierbare Produktion ermöglichen. BlueMat wird dabei faszinierende wissenschaftliche Fragen aufwerfen und beantworten. Wir werden Materialien auf eine radikal neue Art funktionalisieren und ihr Potential durch konkrete Anwendungen demonstrieren, z.B. energieeffiziente Fenster oder Hydrovoltaik, die aus Umweltprozessen oder Abwärme elektrische Energie gewinnt. Unser interdisziplinäres Team verfügt über eine einzigartige Expertise, die von der Grundlagenforschung bis hin zu verschiedenen Anwendungsgebieten reicht, z.B. Mikromechanik, Mikrofluidik, Photonik und Energiesysteme. Durch die Einbindung von Künstler*innen schaffen wir eine Umgebung, in der sich Wissenschaft und Kunst gegenseitig inspirieren und so neue Dimensionen der Kreativität erschließen. BlueMat kann auf Hamburgs einzigartigem Ökosystem aus brillanter Röntgenanalytik und Natur- und Ingenieurwissenschaften mit einem starken Fokus auf nachhaltigen Technologien aufbauen. Unsere Vision ist es, Hamburg zum weltweit führenden Standort in der Erforschung und Entwicklung wasserfunktionalisierter Materialien zu machen. Diese „blauen Materialien“ werden Hamburgs Geschichte als vom Wasser geprägte Stadt fortschreiben und durch ihre Nachhaltigkeit einen wichtigen Beitrag zum Wohl unseres blauen Planeten leisten.Biological materials achieve an exquisite diversity and functionality through just a small number of abundant chemical elements. While engineering materials primarily use specific, often unsustainable, chemical compositions to realize their functions, nature achieves unparalleled functionality through optimized architectures that span multiple length scales. Water, with its ubiquity and unique structural dynamics, plays a pivotal role as a “working fluid” in shaping the properties and functionality of nature’s materials. Inspired by these marvels of nature, BlueMat will develop a novel class of sustainable, interactive, architected “Blue Materials” deriving their functionality from multiscale structures of hard matter interacting with water. This approach is internationally unique. We will mimic natural processes such as water-driven mechanical actuation, capillarity-driven water transport, humidity-dependent colors, and photocatalytic water splitting, as observed in animals and plants, and extend them to functionalities not found in nature, such as control of acoustic and electromagnetic waves, tunable thermal emission and electrical energy storage and generation. To this end, we will study and exploit novel effects, achieved, for example, through nanoconfinement of water. We will combine experiments with imaging and modeling from the atomic up to the device scale and bridge the gap between top-down and bottom-up fabrication methods to enable scalable production of Blue Materials. BlueMat raises and answers compelling and fundamentally new scientific questions. It promises a radically new concept to functionalize materials, and it will demonstrate the fascinating opportunities of this approach by a host of device-level applications. These include novel energy efficient windows and hydrovoltaic power generation, harvesting electrical energy from environmental processes or waste heat. To accomplish this, BlueMat draws upon the exceptional talents of an interdisciplinary team from several world-class research institutions in Hamburg with outstanding expertise in molecular water science, materials science, process engineering, and diverse application areas (e.g., micromechanics, fluidics, photonics, energy systems). BlueMat will enrich this environment with an artistic dimension, allowing science and art to cross-fertilize and open inspiring new avenues of co-creation. BlueMat leverages Hamburg’s ecosystem of brilliant X-ray analytics, natural sciences, and engineering with a strong focus on sustainable technologies, unique in the world. The vision of this Cluster of Excellence is to make Hamburg a world leader in the science and technology of water-driven materials, thus continuing Hamburg’s history as a city “driven” by water and contributing to the well-being of our blue planet.