Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Perlmutt in höchster Auflösung

30.09.2005


Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben neue Feindetails im Aufbau von Perlmutt entdeckt


Schale von Haleotis Laevigata. In den Kreisen sind Einblicke in die Feinstruktur des Perlmutts mit von links nach rechts in steigender Vergrößerung gezeigt. Rot: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme, gelb: Aufnahme mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Orange: Hochaufgelöste TEM-Aufnahme. Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung


Bruchfläche von Perlmutt im Rasterelektronenmikroskop. Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung



Perlmutt, "die Mutter der Perlen", ist nicht nur ein schillerndes Material, das den Betrachter durch seine irisierenden optischen Eigenschaften beeindruckt und das oft als Schmuck Verwendung findet, sondern auch ein hervorragender Werkstoff. Perlmutt besteht zu mindestens 97 Prozent aus Kalk, hat aber eine tausend Mal höhere Bruchfestigkeit als dieser. Ursache hierfür ist der Schichtaufbau des Perlmutts. Max-Planck- und BAM Wissenschaftler haben jetzt entdeckt, dass die Oberfläche der Kalkplättchen keineswegs wie bisher angenommen geordnet ist, wodurch eine Steuerung des Kristalls durch geordnete Schichten auf der organischen Matrix ausgeschlossen werden kann. Das Verständnis der Feinstruktur von Perlmutt und seines Bildungsmechanismus ist essentiell, um dieses raffinierte Bauprinzip bei neuen Materialien nachahmen zu können (PNAS, 6. September 2005).



Perlmutt ist seit langem als interessantes biogenes Material bekannt. Seither versucht man, die Ursachen seiner erstaunlichen Eigenschaften aufzudecken. Seine außergewöhnliche Bruchfestigkeit verdankt es einem schichtförmigen Aufbau aus weichen organischen Schichten und harten Kalkplättchen.

Gelänge es uns auch nur im Ansatz, dieses Bauprinzip zu kopieren, käme es zu einer Revolution in der Bauindustrie. Festere Gipskartonplatten oder leichtere Betonteile bei gleicher Festigkeit sind das potentielle Ziel dieser biomimetischen Materialforschung. Zudem kristallisieren die Kalkplättchen im Perlmutt als Aragonit - einer Kristallform, die unter Umgebungsbedingungen normalerweise nicht stabil ist. Bisher nahm man an, dass diese Kristallisation der Kalkplättchen durch geordnete Eiweißschichten bestimmt wird, die auf einer vorgeformten Chitinschicht liegen. Chitin findet man in der Natur beispielsweise als Gerüstmaterial von Insektenpanzern.

Doch diese Annahmen sind nach den neuen Erkenntnissen der Max-Planck-Wissenschaftler nicht richtig. An Stelle der geordneten kristallinen Schicht, die in Kontakt mit der organischen Matrix stehen soll, fanden die Wissenschaftler winzige, nur fünf Nanometer dicke Schichten von amorphem, also ungeordnetem Kalziumkarbonat an der Oberfläche der einkristallinen Plättchen im Perlmutt.

Diese ungeordnete und gewellte Oberfläche spricht gegen die postulierte spezifische Wechselwirkung zwischen dem anorganischen Material und der organischen Matrix. Dieser Befund konnte durch 13C- und 1H-Festkörper-Kernresonanzspektroskopie eindeutig belegt werden. Darüber hinaus detektierten die Forscher in Kernresonanzexperimenten den amorphen Charakter der Oberflächenschicht und schlossen jede Wechselwirkung dieser Schicht mit dem organischen Gerüstmaterial aus.

Der Grund für die Existenz und Ausbildung der ungeordneten Deckschicht auf dem Kristall könnte darauf beruhen, dass sich Verunreinigungen in der Oberflächenschicht anreichern. Bei der Kristallisation werden diese nicht in das geordnete Kristallgitter eingebaut, ähnlich wie beim Zonenschmelzprozess in der Metallurgie.

Doch die amorphe Schicht (ACC) könnte noch eine weitere Funktion haben. Sie ersetzt die bisher angenommene direkte Wechselwirkung der hochenergetischen (001) Aragonit-Fläche durch eine Gradientenschicht aus Aragonit, ACC und organischer Matrix. Die Grenzflächenenergien dürften hier deutlich niedriger liegen und damit könnte auch eine thermodynamische Triebkraft für die Ausbildung einer amorphen Deckschicht existieren. Woher letztendlich die kristallographische Orientierung der Plättchen rührt, ist bislang noch nicht aufgeklärt. In der jetzt vorgelegten Studie gehen die Wissenschaftler von einer Ladungsanziehung zwischen den anorganischen Plättchen und der organischen Matrix aus.

Originalveröffentlichung:

Nadine Nassif, Nicola Pinna, Nicole Gehrke, Markus Antonietti, Christian Jäger, and Helmut Cölfen
Amorphous layer around aragonite platelets in nacre
PNAS 2005 102: 12653-12655; published online before print: August 29 2005, print: September 6, 2005, Vol. 102, No. 36

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Kalkplättchen Matrix Perlmutt Schicht Wechselwirkung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Bessere Anwendungsmöglichkeiten für Laserlicht
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Biegsame Touchscreens: Neues Herstellungsverfahren für transparente Elektronik verbessert
28.03.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit