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Mikrostrukturierung poröser Calciumcarbonat-Keramiken


Ziel ist die Entwicklung eines Prozesses zur Abformung von mikrostrukturiertem porösen Calcium­carbonat über einen biologisch inspirierten Koazervat-gestützten Prozess. Dabei soll insbesondere die Aufklärung des Bildungsmechanismus der amorphen Vorstufe erfolgen. Zudem soll eine gezielte Kristallisation der porösen amorphen Vorstufe in eine kristalline Struktur durchgeführt werden.

In eigenen Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass die Abformung von amorphem, mittels Polyacrylsäure stabilisiertem Calciumcarbonat möglich ist (1). Es kommt dabei nicht, wie in der Literatur beschrieben, zwangsläufig zu einem Polymer-induced liquid-precursor (PILP). Dabei handelt es sich um eine Flüssig-Flüssig Phasentrennung nach Zugabe von Carbonationen zu calciumhaltigen Lösungen in Anwesenheit von Polyanionen, wobei anschließend Mineral-Polymer-Komplexe koaleszieren und amorphes Calciumcarbonat (ACC) ausbilden. Vielmehr ist die Synthese stark konzentrati­ons- und zeitabhängig und kann über einen Koazervat ge­stützten Prozess beschrieben werden. Dabei bilden sich homogene sphärische Partikel im nanoskaligen Bereich aus, die in der Gussform aggregieren und so einen stabilen, mikrostrukturierten Grünkörper bilden. Die Porosität der Materialien kann durch die Größe der ACC Nanopartikel eingestellt werden, welche über die Wachstumszeit der Koazervate kontrolliert werden kann.

Im Gegensatz zur Literatur soll die Synthese des amorphen Calciumcarbonats in diesem Projekt über einen kontinuier-lichen Prozess durchgeführt, da so leicht große Mengen gefällt werden können und eine gute Reproduzierbarkeit und Kontrolle des Synthese-prozesses gewährleistet ist. Es ist zu prüfen, ob diese kontrollierte Kristallisation möglich ist und welche Porosität erhalten werden kann. Hierbei sind insbesondere Mikro- und Mesoporen von Interesse, da deren Erzeugung in Calciumcarbonaten bisher schwierig umzusetzen ist.

Contact : Rezwan, Kaempfe

Mikrostrukturierung

Abbildung 1 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des hochpräzise und rissfrei abgeformten Calcium­carbonats