Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Natürliche Perlmuttstruktur, künstlich hergestellt

19.08.2016

Forscherteam aus Konstanz und Hefei (China) gelingt die künstliche Mineralisation von natürlicher Perlmuttstruktur

Biomaterialien spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von künftigen Hochleistungswerkstoffen. Vorbilder aus der Natur wie die Muschelschale sind richtungsweisend für chemische Herstellungsverfahren, wegen ihrem komplexen chemischen Aufbau aber häufig noch unerreicht.


Querschnitt durch die Materialstruktur des künstlich hergestellten Perlmutts

University of Science and Technology of China

Chemikern der Universität Konstanz ist es nun in Kooperation mit der University of Science and Technology of China (Hefei, China) erstmalig gelungen, die natürliche Perlmuttstruktur auf künstlichem Wege herzustellen. Die Chemiker greifen für den Aufbau des hergestellten Perlmutts auf die Originalkomponenten Kalk, Chitin sowie Seidengel zurück und erreichen mit ihrem Verfahren denselben strukturellen Aufbau und beinahe identische Eigenschaften wie das natürliche Biomineral.

Die Forschungsergebnisse wurden von den Wissenschaftlern um Prof. Dr. Helmut Cölfen, Professor für Physikalische Chemie an der Universität Konstanz, im renommierten Wissenschaftsjournal Science in der Online-Ausgabe vom 18. August 2016 veröffentlicht.

Der Schlüssel für die Herstellung von Perlmutt, welches 3.000-mal bruchfester ist als der Kalk, aus dem es zu 95 Prozent besteht, liegt in der hierarchisch angeordneten Struktur seiner Bausteine auf Teilchenebene. Bisherige Ansätze, um künstliches Perlmutt herzustellen, versuchten diese Schichtstruktur nachzuahmen, konnten aber nicht den natürlichen Mineralisierungsprozess erreichen, den viele Weichtiere wie Perlmuscheln oder Schnecken für die Herstellung von Perlmuttschalen nutzen.

Die Wissenschaftler um Helmut Cölfen kombinierten in ihrem neuen Verfahren einen konsekutiven Schichtungs- und Mineralisierungsprozess bei Verwendung der natürlichen Komponenten von Perlmutt. In einem sogenannten mesoskopischen Ansatz kontrollierten sie dabei die Mineralstruktur im Nanometerbereich und Mikrometerbereich simultan.

Die Chemiker erreichten damit ein Biomineral, das in seinen Materialeigenschaften fast identisch mit dem natürlichen Perlmutt ist. Das Material ist hart, bruchfest und basiert – im Gegensatz zu den Ergebnissen bisheriger Herstellungsversuche – wie das originale Perlmutt auf einer wasserunlöslichen Chitinstruktur.

„Das Schöne an unserem Ansatz ist: Im selben Herstellungsverfahren können anstelle des spröden Ausgangsmaterials Kalk auch hochwertigere Komponenten verwendet werden. Das bedeutet, dass unser Fertigungsprozess mit mechanisch besseren Materialien als brüchigem Kalk zu zukünftigen Hochleistungsmaterialien führen kann – basierend auf dem Design der Muschelschale und bioinspiriert“, schildert Helmut Cölfen.

In einem Aspekt ist sein Herstellungsverfahren der Natur sogar voraus: Es ist schneller. Die Entstehung von natürlichem Perlmutt dauert Monate, in manchen Fällen sogar Jahre. Helmut Cölfens Verfahren verkürzt diese Dauer auf zwei Wochen.

Helmut Cölfen ist seit 2010 Professor für Physikalische Chemie an der Universität Konstanz. Er erforscht schwerpunktmäßig Prozesse der Kristallisation und Biomineralisation und leistete Pionierarbeit im Bereich der Nichtklassischen Kristallisation. Thomson Reuters zählt ihn zu den 100 einflussreichsten Chemikern weltweit zwischen 2000 und 2010. Helmut Cölfen ist Sprecher des Konstanzer Sonderforschungsbereichs 1214 „Anisotropic Particles as Building Blocks: Tailoring Shape, Interactions and Structures“, der sich mit richtungsabhängigen Eigenschaften von Partikeln und ihren Überstrukturen beschäftigt.

Originalpublikation:
Synthetic nacre by predesigned matrix-directed mineralization
H. Cölfen, L.-B. Mao et al., Science 10.1126/science.aaf8991 (2016).

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: 07531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

Weitere Informationen:

http://www.uni.kn

Julia Wandt | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Die steifsten Leichtbaumaterialien überhaupt
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Künstliches Perlmutt nach Mass
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Datenspeicherung mit einzelnen Molekülen

Forschende der Universität Basel berichten von einer neuen Methode, bei der sich der Aggregatzustand weniger Atome oder Moleküle innerhalb eines Netzwerks gezielt steuern lässt. Sie basiert auf der spontanen Selbstorganisation von Molekülen zu ausgedehnten Netzwerken mit Poren von etwa einem Nanometer Grösse. Im Wissenschaftsmagazin «small» berichten die Physikerinnen und Physiker von den Untersuchungen, die für die Entwicklung neuer Speichermedien von besonderer Bedeutung sein können.

Weltweit laufen Bestrebungen, Datenspeicher immer weiter zu verkleinern, um so auf kleinstem Raum eine möglichst hohe Speicherkapazität zu erreichen. Bei fast...

Im Focus: Data storage using individual molecules

Researchers from the University of Basel have reported a new method that allows the physical state of just a few atoms or molecules within a network to be controlled. It is based on the spontaneous self-organization of molecules into extensive networks with pores about one nanometer in size. In the journal ‘small’, the physicists reported on their investigations, which could be of particular importance for the development of new storage devices.

Around the world, researchers are attempting to shrink data storage devices to achieve as large a storage capacity in as small a space as possible. In almost...

Im Focus: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

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

Außergewöhnliche Notoperation der Gefäßchirurgie am LMU-Klinikum München

17.12.2018 | Medizintechnik

Träge Miniroboter fliegen aus der Kurve

17.12.2018 | Physik Astronomie

Datenspeicherung mit einzelnen Molekülen

17.12.2018 | Physik Astronomie

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