Pseudomorphe Umwandlung Cellulose-basierter Papiere in Funktionale Keramische Papiere

Projektleitung

  • Johannes Peter und Hans-Joachim Kleebe

Beschreibung

Keramische Papiere sind eine vergleichsweise junge Materialklasse, die Merkmale anorganischer Materialien mit der für Zellulosepapiere typischen Struktur verwobener Fasern vereinen. Die Eigenschaften, die aus dieser einzigartigen Kombination resultieren, machen sie interessant für die Anwendung als hitzebeständige, sensorische oder katalytische Materialien.

Mittels herkömmlicher Sintertechniken ist die Herstellung keramischer Papiere mit definierter Struktur und homogenen Eigenschaften allerdings nicht realisierbar. Ein vielversprechender Ansatz stellt jedoch die Infiltration Zellstoff-basierter Papiertemplate mit einem geeigneten Polymerpräkursor und anschließender Pyrolyse dar. Hierdurch entstehen keramische Papiere, deren karbonisierte Fasern von einer Polymer-abgeleiteten Keramikschicht (PDC) ummantelt sind, was dem natürlichen Phänomen der Pseudomorphose entspricht. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass der Präkursor chemisch modifiziert und somit für verschiedene Anwendung angepasst werden kann, was die Herstellung hochspezifischer keramischer Komposite ermöglicht.

Die verschiedenen Polymer-abgeleitete keramischen Papiere werden mittels Raster-elektronenmikroskopie (SEM) und Transmissionselektronen-mikroskopie (TEM) untersucht, um die zugrundeliegenden Prozesse, die zur beobachteten pseudomorphen Umwandlung führen, zu verstehen und zukünftige Funktionalisierungen zu ermöglichen.

Abb. 1: a) SEM-BSE Abbildung und b) TEM-BF Querschnittsansicht eines SiFe(N)O/C-basierten keramischen Papiers nach der Pyrolyse bei 1000 °C. c) Elektronenbeugungsbilder zeigen, dass die Faser aus turbostratischem Kohlenstoff besteht, der von einer amorphen SiO2-Keramik mit -Fe-Nanokristalliten umhüllt ist.
Abb. 1: a) SEM-BSE Abbildung und b) TEM-BF Querschnittsansicht eines SiFe(N)O/C-basierten keramischen Papiers nach der Pyrolyse bei 1000 °C. c) Elektronenbeugungsbilder zeigen, dass die Faser aus turbostratischem Kohlenstoff besteht, der von einer amorphen SiO2-Keramik mit -Fe-Nanokristalliten umhüllt ist.
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