Festkörperforschung erweitert Anwendungsspektrum neuer Materialien

Nanoporöse Stoffe, Nanodrähte und -röhren, Leuchtstoffe, Halbleiter, Supraleiter, feste Ionenleiter, Elektroden, magnetische Materialien, keramische Werkstoffe, Legierungen, Katalysatoren und sogar Biomineralien – alle sind Feststoffe mit unterschiedlichsten Eigenschaften und entsprechend vielfältigen Anwendungsgebieten. Doch vor der Anwendung steht die Erkenntnis. Kaum ein Material kommt heute zum Einsatz, bevor nicht seine Eigenschaften untersucht und gemessen wurden, bevor man nicht seinen inneren Aufbau kennt und verstanden hat, wie innerer Aufbau, Herstellungsbedingungen oder enthaltene Fremdstoffe die Eigenschaften beeinflussen. Meistens gilt es, mehrere Eigenschaften zugleich zu verwirklichen, zum Beispiel Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit, Korrosionsstabilität und bestimmte magnetische Eigenschaften.

Wissenschaftler, die sich in der Fachgruppe „Festkörperchemie und Materialforschung“ der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) zusammengeschlossen haben, diskutieren über neue Erkenntnisse zu ihrem Themengebiet anlässlich ihrer 12. Vortragstagung vom 13. bis 15. September 2004 in Marburg. In sechs Hauptvorträgen, 26 Kurzvorträgen und auf 124 Postern werden neueste Forschungsergebnisse vorgestellt, die einen Einblick in die ganze Breite des Gebiets geben und Lösungen zu wissenschaftlichen Fragestellungen aufzeigen. So ist beispielsweise die Supraleitung, bei der ein Stoff unterhalb einer bestimmten Temperatur jeden elektrischen Widerstand verliert, bis heute nicht vollständig verstanden; hier gilt es, die Theorie, nicht nur aus der Sichtweise von Physikern, sondern auch aus der von Chemikern, weiterzuentwickeln. In Marburg werden neue Ansätze dazu aufgezeigt.

Vorgestellt wird ferner, wie man aus einem Gemisch von gemahlenen Mineralien oder künstlich hergestellten keramischen Stoffen mit Hilfe von Sieben in einem Magnetfeld neue magnetische Materialien finden kann. Behandelt werden auch Nitrid-Keramiken, die sich durch hohe mechanische und thermische Stabilität auszeichnen. Ein Weg zu ihrer Herstellung ist die Abscheidung aus einem Plasma, d.h. aus einem besonders heißen Gas. Manche Nitrid-Keramiken weisen besondere optische Eigenschaften auf, zum Beispiel Frequenzverdoppelung von Licht.

Elektrisch leitende Oxide gehören zu den Hoffnungsträgern zur Herstellung von leistungsfähigen Brennstoffzellen. Elektrisch leitende Oxide kann man auch in dünnen Schichten im Nanometermaßstab herstellen (1 Nanometer = 0,000 001 mm). Doch wovon hängt ihre Leitfähigkeit ab und wie beeinflusst man sie? Die Wissenschaftler versuchen Antworten auf diese Fragen zu geben.

Drähte mit Durchmessern im Nanometerbereich lassen sich aus Halbleitern wie Zinnselenid herstellen. Sie eignen sich möglicherweise als Leuchtstoffe. Man kann auch Stoffe mit Nanoporen herstellen, zum Beispiel aus Aluminiumfluorid, das dann wegen seiner sauren Eigenschaften als Katalysator wirken könnte. Von Titandioxid, dem wichtigsten weißen Pigmentstoff, lassen sich Kügelchen mit einem einheitlichen Durchmesser von 200 Nanometern herstellen. Teilchen in Nanometergröße aus Rutheniumdioxid können reversibel Lithium aufnehmen und wieder abgeben; damit eignet es sich als Elektrodenmaterial für Batterien mit hoher Speicherkapazität.

Phosphor ist ein altbekanntes chemisches Element, das in vielen verschiedenen Formen (Modifikationen) auftritt. Wie sie aufgebaut sind, ist bis heute teilweise unbekannt. Durch Einlagerung von Phosphor in Kupferiodid und dessen anschließende Entfernung wurde es jetzt möglich, zwei dieser Modifikationen sauber zu isolieren und strukturell aufzuklären.

Fluorapatit ist wesentlicher Bestandteil unserer Zähne. Durch Kristallisation von Fluorapatit aus Gelatine werden Erkenntnisse darüber gewonnen, wie seine Biomineralisation, d.h. die Abscheidung unter Ausbildung einer besonderen äußeren Gestalt, vor sich geht.

Soweit einige Beispiele aus dem Tagungsprogramm.

H.C. Starck Promotionspreis 2004
Im Rahmen der Vortragstagung der GDCh-Fachgruppe Festkörperchemie und Materialforschung wird der H.C. Starck Promotionspreis 2004 von der GDCh an Dr. Stefan Schlüter verliehen. In seiner mit Auszeichnung bewerteten Dissertation an der Universität Bonn gelang es Schlüter, durch anspruchsvolle festkörperchemische Synthesen zahlreiche neuartige Cluster zu isolieren und zu beschreiben. (Als Cluster bezeichnen Chemiker solche Strukturen, in denen mehrere Metall- oder Halbmetallatome direkt aneinander gebunden sind.) Darunter sind vor allem geschlossene und geöffnete sowie spirocyclisch, das heißt über nur ein Atom miteinander verknüpfte würfelförmige Cluster aus chemischen Elementen wie zum Beispiel Arsen, Antimon, Bismut, Schwefel, Selen, Tellur oder Chlor. Schlüter hat auf einem präparativ schwierigen Gebiet und bei der Charakterisierung der neuen Substanzklassen Pionierarbeit geleistet. Der von der Firma H.C. Starck, Goslar, gestiftete Promotionspreis ist mit einem Preisgeld von 5000 Euro versehen.

Die Gesellschaft Deutscher Chemiker gehört mit über 26000 Mitgliedern zu den größten chemiewissenschaftlichen Gesellschaften weltweit. Sie hat 24 Fachgruppen, darunter die Fachgruppe Festkörperchemie und Materialforschung mit über 700 Mitgliedern. Diese Fachgruppe ist ein kompetentes Forum für Fragestellungen aus den anorganischen Materialwissenschaften in Forschung, Anwendung und Lehre.