Zellulare Keramiken mit hierarchischer Struktur

Die hierarchische Architektur biologischer Materialien ist für Materialwissenschafter in den letzten Jahren vermehrt zu einer Quelle der Inspiration geworden. Eine ausserordentlich erfolgreiche Strategie Werkstoffe mit speziellen physikalischen Eigenschaften mit einem Minimum an Materialaufwand zu erzielen besteht in der Natur darin, Strukturelemente auf verschiedenen Längenskalen kooperativ anzuordnen. Das Hauptziel des vorliegenden Hertha-Firnberg-Projektes ist es, von der Natur inspirierte hierarchisch strukturierte zelluläre Keramiken herzustellen. Auf der makroskopischen Ebene wird Rapid Prototyping (RP) verwendet werden um künstliche zelluläre Strukturen auf mm und sub-mm Skala herzustellen. Auf der Ebene von Nanometern wird meso-strukturiertes Silica durch kooperative Selbstorganisation von Silica und Tensidmolekülen erzeugt. Die größte Herausforderung bei der Kombination dieser beiden Ebenen zu einem hierarchischen Material besteht darin, die Kluft zwischen makroskopischer und Nanometer-Ebene zu überbrücken, welche 4-5 Größenordnungen auseinanderliegen. Als Lösung zu diesem Problem werden wir biologische Fasern und Schäume als Bindeglied verwenden und deren natürlich vorhandene Mikrostruktur dazu ausnützen, um die Selbstorganisation des nanostrukturierten Silica- Tensid-Verbunds zu beeinflussen. Verschiedene Strategien wie zum Beispiel elektrische und magnetische Felder, Reibungs- und Kapillarkräfte sollen verwendet werden, um eine Vorzugsausrichtung der Strukturelemente auf allen Hierarchieebenen zu erzielen. Auf diese Weise werden wir mögliche Wege zu einer `konzertierten Aktion` von Strukturelementen, ähnlich zu der Situation, die wir in Biomaterialien beobachten, erforschen und versuchen Keramiken und Keramik/organische Verbundmaterialien mit physikalischen Eigenschaften zu erzeugen, die mit herkömmlichen Methoden nicht erzielt werden können. Neueste Untersuchungsmethoden werden benutzt werden, um die strukturellen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der Materialien zu charakterisieren und das Projekt in jedem Stadium zu begleiten und das notwendige Feedback für die weitere Entwicklung zu liefern. Das Projekt ist im wesentlichen auf drei Jahre ausgelegt und wird an der TU-Wien, Arbeitsgruppe von Prof. Sabine Seidler durchgeführt werden. Seidler`s Gruppe arbeitet schon seit einiger Zeit intensiv an zellulären Keramiken und ein FWF Projekt in dieser Richtung ist bereits bewilligt. Diese Voraussetzungen bieten einen idealen Hintergrund für die Antragstellerin, um ihre wissenschaftlichen Erfahrungen einzusetzen, die sie im Ausland während ihres Post-Doc Aufenthaltes an der University of California Santa Barbara, Arbeitsgruppe Prof. Galen D. Stucky, sammeln konnte, um ihre weitere akademische Laufbahn vorzubereiten und zum Fortschritt der Materialwissenschaft in Österreich beizutragen.