Mikro- und Nanohohlkugeln aus präkeramischen Polymeren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten ist es gelungen, auf Basis der Emulgierung und Verfestigung präkeramischer Polymere massive polymere und poröse keramische Kugeln in Größenordnungen von Mikro- und Nanometern herzustellen. Als wesentliche Prozessparameter zur Maßschneiderung spezifischer Eigenschaften dieser Kugeln konnten insbesondere die Vernetzungsgeschwindigkeit des Polymersystems in Abhängigkeit von Katalysator, Katalysatorkonzentration und Prozesstemperatur, Parameter des Energieeintrags der Ultraschallemulgierung, das Verhältnis von wässriger zu polymerer Phase und die Art und Konzentration der zur Emulsionsstabilisierung eingesetzten Tenside identifiziert werden. Durch Optimierung dieser Parameter ist es gelungen, vergleichsweise enge Durchmesserverteilungen mit durchschnittlichen hydrodynamischen Kugeldurchmessern von <150 nm herzustellen. Die für die Anwendung als neuartiges Wämespeichermaterial angestrebte Herstellung hohler Kugeln mit monodisperser Durchmesserverteilung im Nanometerbereich konnte mit dieser Methode jedoch noch nicht erzielt werden. Untersuchungen zum Einbau von Füllstoffen in die Kugelstruktur zeigten u. a. durch den starken Anstieg der Viskosität eine begrenzte Aufnahmekapazität durch das Polymersystem. Durch Pyrolyse der polymeren Kugeln in Argonatmosphäre konnten unter Strukturerhalt amorphe keramische Kugeln mit spezifischen Oberflächen von bis zu 390 m2g-1 hergestellt werden; die starke Aggregation der gesinterten Proben erschwerte sowohl die Charakterisierung der erhaltenen Proben (TEM, REM, Partikelgrößenmessungen) als auch den Zugang zu weiteren Nachbehandlungsschritten. Die Ergebnisse der durchgeführten Arbeiten lieferten wertvolle Erkenntnisse zur Struktur- (Kugel-)bildung mit präkeramischen Polymeren. Die Prozessparameter und Zusammensetzungsfelder konnten identifiziert werden und es wurden Möglichkeiten zur Funktionalisierung (Füllstoffe, Pyrolyse zur Erhöhung der spezifischen Oberfläche) aufgezeigt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Keramische Werkstoffe aus Kunststoffen, 14. Sommerkurs Werkstoffe und Fügen am Inst. f. Werkstoff- und Fügetechnik, 23, 14.09.2011, Magdeburg
V. Reschke, A. Laskowsky, A. Mikhalskiy, M. Scheffler
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Micro- and nanospheres from preceramic polymers - process parameters and size control, J. Mater. Sci. 47 (2012) 5655-5660
V. Reschke, M. Scheffler
