Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Idealer Nanokristall aus Massenkunststoff hergestellt

28.08.2013
Polyethylen ist ein Massenkunststoff, der in vielen Haushaltsgegenständen zu finden und daher besonders preiswert herzustellen ist.

Einem Forscherteam aus Konstanz, Bayreuth und Berlin gelang es nun, aus diesem Kunststoff einen idealen Nanokristall zu synthetisieren.


Ein wasserlöslicher Ni(II)-Katalysator erlaubt die Polymerisation von Ethylen in wässriger Lösung. Die Grafik zeigt, wie die neu entstehenden Teile der PE-Kette in den wachsenden Kristall eingebaut werden. Die amorphen Bereiche wirken in dem idealen Nanokristall wie Umlenkrollen, die die Richtung der Ketten im Kristall um 180 Grad ändern. Grafik: HZB

Voraussetzung dafür war ein neuartiger Katalysator, den die Gruppe der Universität Konstanz hergestellt hat sowie eine Kombination von einzigartigen Analysemöglichkeiten, wie sie am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) zu finden sind. Die kristalline Nanostruktur, die dem Kunststoff neue Eigenschaften verleiht, könnte zum Beispiel für die Herstellung neuartiger Beschichtungen interessant sein.

Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/ja4052334)veröffentlicht.

Materialien mit einer ungeordneten (amorphen) Molekülstruktur in eine kristalline Form zu bringen, ist ein häufiges Anliegen von Chemikern und Materialwissenschaftlern. Erst die Kristallstruktur verleiht einem Stoff oft die gewünschten Eigenschaften. Auch für die Grundlagenforschung ist es deshalb interessant, physikalische Prinzipien zu finden, die dem Wechsel von amorphen zu kristallinen Strukturen zugrunde liegen.

Die leistungsfähige Analytik, die man dafür braucht, ist in ihrer vielfältigen Methoden-Kombination nirgendwo so konzentriert vorhanden wie in Berlin. Seit drei Jahren betreiben das HZB und die Berliner Humboldt-Universität das gemeinsame Joint Lab for Structural Research. Für die Humboldt-Universität war dies auch ein wichtiger Faktor im Konzept der Exzellenzinitiative.

Hochpolymere Verbindungen wie Polyethylen, die als lange Molekülketten vorliegen, sind in der Regel teilkristallin. Das heißt, sie bestehen aus lamellenartigen Polyethylen-Kristallen, die von einer Schicht amorphen Polyethylens bedeckt sind. Diese amorphen Phasen weisen eine Reihe von Störstellen wie zum Beispiel Verknotungen auf. In einem „idealen Nanokristall“ jedoch wirken die amorphen Bereiche wie Umlenkrollen, die die Richtung der Ketten im Kristall um 180 Grad ändern (siehe Abbildung).

Die Synthese eines solchen idealen Kristalls gelang nun mithilfe eines neuen wasserlöslichen Katalysators, der die Polymerisation von Ethylen in wässriger Phase erlaubt. Dabei werden die neu entstehenden Teile der Molekülkette sofort von dem wachsenden Kristall erfasst, so dass sich keine Störstellen wie etwa Verschlaufungen in den amorphen Bereichen ausbilden können. Diese Erkenntnisse haben die Forscher mit Methoden der Röntgenbeugung und der cryogenen Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) gewonnen.

Die Suspension der Nanokristalle wurde von der Gruppe von Prof. Stefan Mecking an der Universität Konstanz hergestellt. Für die cryo-TEM haben die HZB-Wissenschaftler um Prof. Matthias Ballauff einen dünnen Film aus einer wässrigen Suspension der Polyethylen-Nanokristalle hergestellt und mithilfe von flüssigem tiefkaltem Ethan schockartig eingefroren. Dadurch entsteht eine glasartig erstarrte Wassermodifikation, und die eingeschlossenen Polyethylen-Nanokristalle lassen sich im Elektronenmikroskop analysieren. Zudem wurden Röntgen-Untersuchungen mit Kleinwinkelstreuung (SAXS) an diesen Suspensionen durchgeführt.

Die cryo-TEM hat ein Auflösungsvermögen um etwa ein Nanometer und ist besonders für die Untersuchung von kleinsten Strukturen in Mikroemulsionen und kolloidalen Lösungen geeignet. Zusammen mit den Röntgenbeugungsexperimenten hat dieses Verfahren den Beweis erbracht, dass tatsächlich perfekte Polymerkristalle im Nanomaßstab vorlagen. Matthias Ballauff: „Die Arbeit ist ein Beispiel für die Tatsache, dass durch Kombination von Mikroskopie und Streuung auch komplexe Systeme mit einer Genauigkeit analysiert werden können, die mit den einzelnen Verfahren nie möglich wäre."

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Matthias Ballauff
Institut Weiche Materie und Funktionale Materialien
Tel.: +49(0)30-8062-43071
matthias.ballauff@helmholtz-berlin.de
Pressestelle
Dr. Ina Helms
Tel.: +49 (0)30-8062-42034
Fax: +49 (0)30-8062-42998
ina.helms@helmholtz-berlin.de

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13779
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ja4052334

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Bioabbaubare Polymer-Beschichtung für Implantate
06.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften