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.
Abbildung 1 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des hochpräzise und rissfrei abgeformten Calciumcarbonats