Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verstärkung aus der Natur: Stark und extrem wärmeisolierend: Hybrid-Aerogele aus Biopolymeren und Silikat

29.10.2015

Luftig, luftiger, Aerogel: Das schwammartige Netzwerk dieser hochporösen Festkörper kann bis zu 99,98 % aus Poren bestehen. Am weitesten verbreitet sind Aerogele auf Silikatbasis, die unter anderem aufgrund ihrer außergewöhnlich geringen thermischen Leitfähigkeit als Isolationsmaterial eingesetzt werden. Gravierender Nachteil ist ihre Brüchigkeit.

Ein schweizerisch-französisches Team stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt eine neue Klasse hybrider Aerogele aus Silikat und pflanzlichen Pektinen vor, die bei vergleichbaren thermischen Eigenschaften mechanisch weitaus stabiler sind. Zudem werden sie aus biobasierten Produkten in einem wässrigen „grünen“ Prozess hergestellt.


Mechanisch stabil: Hybrid-Aerogel aus ineinander verwobenen Pektin- und Silikat-Netzwerken

(c) Wiley-VCH

Silikat-Aerogele entstehen, wenn aus einer Natriumsilikat-Lösung mit Salzsäure Kieselsäurepartikel ausgefällt werden, die zu einem Gel mit Netzstruktur aggregieren, das anschließend gewaschen und getrocknet wird.

Ihre sehr hohe Porosität und spezifische Oberfläche macht sie für Anwendungen in Katalyse, Pharmazie und Chemie interessant, die superisolierenden Eigenschaften z.B. als transparente Wärmedämmung in der Solarthermie oder als Wärmedämmung bei Renovierungen, wenn für herkömmliche Dämmstoffe nicht genügend Platz vorhanden ist.

Problematisch ist die Brüchigkeit der Silikat-Aerogele. Grund für den zerbrechlichen Charakter ist die perlenkettenartige Struktur des Netzwerks: Silikat-Nanopartikel von ca. 3 bis 10 nm Durchmesser sind über wesentlich dünnere Stege miteinander verbunden.

Auf der Suche nach Aerogelen mit besseren mechanischen Eigenschaften sind auch biobasierte Produkte in den Fokus gerückt, z.B. Pektine, pflanzlichen Ballaststoffe, die u.a. in der Lebensmittelindustrie als Geliermittel verwendet werden. Allerdings hapert es an den thermischen Dämmeigenschaften von Pektin-Aerogelen.

Im Rahmen des europäischen Aerocoins Projekt (www.aerocoins.eu) ist es dem Team um Matthias Koebel vom Schweizer Materialforschungsinstitut Empa (Dübendorf, Schweiz) und Tatiana Budtova von MINES ParisTech (Sophia Antipolis, Frankreich) jetzt gelungen, ein Hybrid-Aerogel aus ineinander verwobenen Pektin- und Silikat-Netzwerken herzustellen, das maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften hat und nur minimale Staubmengen freisetzt – bei ausgezeichneten thermischen Eigenschaften.

Abgesehen vom optimalen Konzentrationsverhältnis zwischen Pektin und Silikat war der pH-Wert während des Gelierens Schlüssel zum Erfolg. So geliert Kieselsäure bei pH 1,5 innerhalb von ca. 14 Tagen, bei pH-Werten oberhalb 4 dagegen in wenigen Minuten. Pektin geliert unterhalb von pH 2,0 sehr langsam, zwischen pH 2 und 3 innerhalb von Minuten und oberhalb pH 3,5 gar nicht.

Optimale Ergebnisse erzielten die Wissenschaftler bei pH 1,5: Beide Komponenten gelieren langsam, aber gemeinsam zu homogene Hybriden. Nach Waschen und Hydrophobisieren wurde mit überkritischem Kohlendioxid getrocknet. Anders als die empfindlichen Perlenketten-Strukturen der reinen Silikat-Aerogele weisen die Hybrid-Gele wesentlich dickere und damit stabilere Verstrebungen auf – sie sind mechanisch stabil.

Angewandte Chemie: Presseinfo 40/2015

Autor: Matthias M. Koebel, EMPA Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Switzerland), http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/102569/---/l=1

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201507328

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics