Flüssig-kondensierte Mineralphasen und der Mechanismus des PILP-Prozesses: ein vielversprechender morphosynthetischer Weg für die Synthese von Nanokompositmaterialien

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Stephan E. Wolf
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251939425

Dieses Emmy Noether-Projekt widmet sich der mechanistischen Aufklärung des polymer-induced liquid-precursor (PILP)-Prozesses in Speziellen sowie der Bildung von flüssig-kondensierten Mineralvorläufer-phasen im Allgemeinen. Der biomimetische PILP-Prozess stellt eine milde Syntheseroute für mesokristalline und nanogranulare Materialen dar; daher ist die zweite Zielsetzung dieses Projektes, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen synthetischer und biogener nanogranulärer Materialien aufzuzeigen. Der PILP-Prozess folgt einem nichtklassischen Kristallisationspfad, der über die Aggregation von Nanotröpfchen eines flüssigen-kondensierten Mineralvorläufers verläuft. Bis heute sind die Ursachen, die zu der vorangehenden flüssig/flüssig-Phasenseparation (LLPS) führen, weitgehend unklar; was die Übertragung dieser Prozesse auf funktionale Materialien beeinträchtigt. Unsere Ergebnisse der ersten Förderperiode belegen, dass LLPS für eine Vielzahl anorganischer Verbindungen zugänglich ist. LLPS kann in denjenigen Systemen auftreten, in denen ausreichend stabile Koordinationskomplexe/-cluster gebildet werden, die sich als eigenständige Spezies gegenüber ihren aufbauenden Ionen verhalten. Sie stellen die eigentlich entmischende Spezies dar und bauen die flüssig-kondensierte Phase (LCP) auf. Mit diesem Befund können wir nun ein mechanistisches Modell zur LCP-Bildung entwickeln, welches im Einklang mit etablierten, klassischen Theorien steht. „Einfrieren“ der Morphologie in frühen Stadien der spinodalen Entmischung bietet einen neuen Zugang zu Morphologien, die von bikontinuierlichen und nanoporösen Netzwerken bis zu Nanotröpfchen, die sich auf Substrate spreiten lassen, reichen. In dieser Fortsetzung ist es unser Ziel, die spinodale Entmischung für eine Reihe von anorganischen Systemen zu kartieren, um daraus ein neues Synthesewerkzeug für mesoporöse Materialien mit einstellbare Porengröße und -krümmung zu etablieren. Ferner beleuchten wir den Einfluss anorganischer Additive auf die Entmischung der Solutcluster, mit einem besonderen Fokus auf Magnesium, das eine zentrale Rolle auch bei biogenen Mineralisationsprozessen einnimmt.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Professor Simon Clark, Ph.D.; Professor Dr. Erdmann Spiecker; Professor Dr. Dirk Zahn