Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Metastabiler Supraleiter durch Ionenaustausch: Chemiker der TUD entdecken molekulare Scharniere

10.03.2014

Auch intermetallische Strukturen ermöglichen einen Ionenaustausch. Das haben Chemiker der TU Dresden entdeckt und erstmals in der internationalen Zeitschrift „Angewandte Chemie“ beschrieben.

In Technik und Alltag finden Ionenaustauscher breite Anwendung, z. B. bei der Wasserentkalkung. Dort werden Kalziumionen gebunden und im Gegenzug Natriumionen freigesetzt. Als Austauscher eignen sich Materialien mit großen spezifischen Oberflächen wie Harze, Zeolithe oder Schichtsilikate.


Bi12Rh3Bi2 – Kristall (ca. 50 Mikrometer groß) nach dem Ionenaustausch, Aufnahme mit dem Elektronenmikroskop

Grafik von Martin Kaiser

Die Wissenschaftler der Professur für Anorganische Chemie II um Prof. Michael Ruck haben jetzt gezeigt, dass auch kompakte kristalline Strukturen intermetallischer Verbindungen, denen eigentlich die Diffusionswege für einen effizienten Stofftransport fehlen, Ionen austauschen können. Ihnen ist der vollständige Austausch der Chloridionen durch Bismutatome in Bi12Rh3Cl2-Kristallen gelungen.

Auf das unerwartete Phänomen wurden die Dresdner Chemiker bei Forschungen an Subhalogeniden des Bismuts aufmerksam. Subhalogenide sind Verbindungen mit Bereichen direkter Metall-Metall-Bindungen neben den für Halogenide typischen ionischen Bindungen. In einem Versuch sollten Halogenatome herausgelöst werden, ohne die intermetallischen Bereiche zu zerstören.

Das gelang und hatte einen überraschenden Nebeneffekt: Die entstandenen Leerstellen in der Kristallstruktur wurden durch Bismut-Atome aufgefüllt, die aus einer kaum wahrnehmbaren chemischen Zersetzung der Kristalloberfläche stammten. Dabei entstand die intermetallische Verbindung Bi12Rh3Bi2, welche die gleiche Struktur wie der Ausgangsstoff besitzt. Die Morphologie des Kristalls blieb ebenfalls unverändert.

Kristallographische Untersuchungen zeigten, dass Stränge im intermetallischen Netzwerk lediglich etwas stärker gegeneinander gedreht waren als vor dem Austausch. Die Grundlage für diese Drehung bilden Baugruppen, welche die Stränge miteinander verbinden und als molekulare Scharniere wirken. Eben diese öffnen während des Austausches Diffusionspfade, die ein dreidimensionales Transportsystem ergeben und so den Austausch von Chloridionen und Bismutatomen ermöglichen.

Dieser Austausch ist auch elektronisch von Interesse. Trotz des kaum veränderten intermetallischen Netzwerks hat das neue Material deutlich andere elektronische Eigenschaften: Bei der Ausgangsverbindung handelt es sich um ein anisotropes Metall, welches den elektrischen Strom nur entlang bestimmter Richtungen leitet. Bei der erhaltenen intermetallischen Verbindung sind die leitfähigen intermetallischen Stränge durch die zusätzlichen Bismut-Atome untereinander elektrisch kontaktiert, sodass ein dreidimensionales Metall mit supraleitender Eigenschaft entstanden ist.

Die Entdeckung der Wissenschaftler der TU Dresden ermöglicht es, bislang unbekannte und schwer zugängliche Verbindungen wie z.B. Hochtemperaturphasen und metastabile Verbindungen herzustellen. Dabei gelingt eine erheblich bessere Kontrolle über die Änderungen der physikalischen Eigenschaften. Mit dieser Methode wollen die Forscher künftig gezielt neue Materialeigenschaften einstellen. Besonders im Fokus stehen dabei Supraleiter für einen verlustfreien Stromtransport und Topologische Isolatoren, die Anwendung in der Spintronic und in Quanten-Computern finden können.

Der komplette Artikel ist unter dem Titel „Topochemische Pseudomorphose eines Chlorids in ein Bismutid“ erschienen und steht im Internet zur Verfügung:
http://dx.doi.org/10.1002/ange.201309460

Informationen für Journalisten
Martin Kaiser, Tel. 0351 463-33649
martin.kaiser@chemie.tu-dresden.de

www.tu-dresden.de

Kim-A. Magister | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteine entdecken, zählen, katalogisieren
28.06.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chemisches Profil von Ameisen passt sich bei Selektionsdruck rasch an
28.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive