Topochemische Beschreibung von Löslichkeitsprozessen an Phosphatgläsern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Delia Brauer; Professor Dr.-Ing. Lothar Wondraczek
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286173484

Phosphatgläser können sich in wässrigen Medien auflösen, eine Eigenschaft die für bestimmte Anwendung (z.B. Wirkstoffabgabe) gewünscht ist, für andere (z.B. Laserglaser, optische Filter) einen gravierenden Nachteil darstellt. Die Glaslöslichkeit einzustellen ist, basierend auf dem aktuellen Wissensstand, bisher jedoch im Wesentlichen nur phänomenologisch möglich. Ein verbessertes Verständnis des Löslichkeitsmechanismus kann hier dazu beitragen, neue Wege zum strukturchemischen Design optimierter, d.h. kontrolliert-löslicher oder aber chemisch hochstabiler, Gläser abzuleiten. 31P-Lösungs-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) soll eingesetzt werden, während des Lösungsvorgangs von Phosphatgläsern gebildete Strukturfragmente in situ und ex situ zu charakterisieren und somit Einblick in Glasnetzwerkzerfall, fragmentierung und Hydrolyseprozesse in Lösung zu erhalten. Modifizierte Topologie-basierte Berechnungen wurden bisher erfolgreich eingesetzt, unter Einbeziehung von Feldstärken , Packungs und mittelreichweitigen (sterischen) Effekten die mechanischen Eigenschaften von Phosphatgläsern zu beschreiben. Diese strukturorientierten Modelle sollen hier weiterentwickelt werden, um die quantitativ präzise Vorhersage und Optimierung des Lösungsverhaltens zu erlauben. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es somit, experimentelle Untersuchungen mit Topologie- und strukturchemischen Modellen zu verbinden. Dadurch soll das Löslichkeitsverhalten von Phosphatgläsern mechanistisch beschreibbar werden, woraus wiederum Strategien abzuleiten sind, dieses gezielt zu kontrollieren und einzustellen, und zwar einerseits stoffseitig durch Optimierung der chemischen Zusammensetzung des betreffenden Glases, andererseits prozessseitig durch Kontrolle der chemischen Prozessparameter während des Lösungsvorgangs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark, Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Peter Bellstedt; Dr. Jamieson Christie; Professor Dr. Morten Smedskjaer