6 Materialchemie
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Organisationseinheit der BAM
- 6 Materialchemie (198)
- 6.3 Strukturanalytik (51)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (48)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (44)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (26)
- 6.7 Materialsynthese und Design (22)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (19)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (18)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (18)
- 4 Material und Umwelt (13)
- 1.2 Biophotonik (9)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (8)
- 5 Werkstofftechnik (7)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (5)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (4)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (4)
- 9 Komponentensicherheit (4)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (3)
- 7 Bauwerkssicherheit (3)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (3)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (2)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (2)
- 1.4 Prozessanalytik (1)
- 1.5 Proteinanalytik (1)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (1)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (1)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (1)
- 5.6 Glas (1)
- 7.1 Baustoffe (1)
- 7.4 Baustofftechnologie (1)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (1)
- 8.5 Röntgenbildgebung (1)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (1)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (120)
Time resolved in situ monitoring of mechanochemical transformations by X-ray spectroscopy (XAS)
(2021)
Mechanochemical reactions promise a new direction for environmentally benign preparation of materials, and has been dubbed by IUPAC as one of the 10 chemical innovations that will change our world. Despite this significant promise, very little is known about the mechanisms that drive mechanochemical transformations, posing significant barriers to realizing their full potential. To this end, there is growing need to follow mechanochemical reactions in situ and in real time. We here describe advances in the development and application of XAS methods to monitor material synthesis in real time under mechanochemical conditions. We demonstrate the generality of our approaches by describing mechanochemical syntheses of materials by both vibratory ball milling and by Resonant Acoustic Mixing (RAM), where a time resolution of 1 second is for a whole XAS spectrum was achieved. Moreover, we describe how spectroscopic methods can be coupled to diffraction-based approaches, thereby providing new dimensions in understanding mechanochemical synthesis.
Time resolved in situ monitoring of mechanochemical transformations by X-ray spectroscopy (XAS)
(2021)
Mechanochemical reactions promise a new direction for environmentally benign preparation of materials, and has been dubbed by IUPAC as one of the 10 chemical innovations that will change our world. Despite this significant promise, very little is known about the mechanisms that drive mechanochemical transformations, posing significant barriers to realizing their full potential. To this end, there is growing need to follow mechanochemical reactions in situ and in real time. We here describe advances in the development and application of XAS methods to monitor material synthesis in real time under mechanochemical conditions. We demonstrate the generality of our approaches by describing mechanochemical syntheses of materials by both vibratory ball milling and by Resonant Acoustic Mixing (RAM), where a time resolution of 1 second is for a whole XAS spectrum was achieved. Moreover, we describe how spectroscopic methods can be coupled to diffraction-based approaches, thereby providing new dimensions in understanding mechanochemical synthesis.
Raman spectroscopy is a well established tool for the analysis of vibration spectra, which then allow for the determination of individual substances in a chemical sample, or for their phase transitions. In the time-resolved-Raman-sprectroscopy the vibration spectra of a chemical sample are recorded sequentially over a time interval, such that conclusions for intermediate products (transients) can be drawn within a chemical process. The observed data-matrix M from a Raman spectroscopy can be regarded as a matrix product of two unknown matrices W and H, where the first is representing the contribution of the spectra and the latter represents the chemical spectra. One approach for obtaining W and H is the non-negative matrix factorization. We propose a novel approach, which does not need the commonly used separability assumption. The performance of this approach is shown on a real world chemical example.
Polymeric membranes represent a cost- and energy-efficient solution for gas separation. Recently Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) have been in a great interest because of their outstanding BET surface area larger than 700m2/g and pore size smaller than 1 nm. PIMs are a promising candidate in gas separation with high permeability and appealing selectivity due to their inefficient packing derived from a combination of ladder-like rigid segments with sites of contortion. However, it is recognized this class of polymers suffer from decrease in performance with time due to physical aging. The initial microporous structures approach a denser state via local chain rearrangements, leading to a dramatic reduction in permeability. As chain packing during film casting and physical aging are the key factors determine the performance in separation applications, characterization of the molecular mobility in these materials has been proved to provide valuable information. In recent research on PIM-1 the archetypal PIM, a molecular relaxation process with high activation energy together with a significant conductivity in the glassy state has been found and explained with the formation of local intermolecular agglomerates due to interaction of π-electrons in aromatic moieties of the polymer backbone. In this work, the dielectric behavior of the polymeric films and their response upon heating (aging) were measured by isothermal frequency scans during different heating/cooling cycles in a broad temperature range down to 133K for the first time. Multiple dielectric processes following Arrhenius behavior were observed. Local fluctuations, Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization and structural relaxations were discussed correlating to structural-properties of PIM-1. Up to now, no other work has studied the role of porosity and thermal history of PIM-1 film in dielectric processes. The goal is by eliminating thermal history and considering storing conditions provide better understanding on aging and plasticizing in high free volume glassy polymer PIM-1.
Polymeric membranes represent a cost- and energy-efficient solution for gas separation. Recently Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) have been in a great interest because of their outstanding BET surface area larger than 700m2/g and pore size smaller than 1 nm. PIMs are a promising candidate in gas separation with high permeability and appealing selectivity due to their inefficient packing derived from a combination of ladder-like rigid segments with sites of contortion. However, it is recognized this class of polymers suffer from decrease in performance with time due to physical aging. The initial microporous structures approach a denser state via local chain rearrangements, leading to a dramatic reduction in permeability. As chain packing during film casting and physical aging are the key factors determine the performance in separation applications, characterization of the molecular mobility in these materials has been proved to provide valuable information. In recent research on PIM-1 the archetypal PIM, a molecular relaxation process with high activation energy together with a significant conductivity in the glassy state has been found and explained with the formation of local intermolecular agglomerates due to interaction of π-electrons in aromatic moieties of the polymer backbone. In this work, the dielectric behavior of the polymeric films and their response upon heating (aging) were measured by isothermal frequency scans during different heating/cooling cycles in a broad temperature range down to 133K for the first time. Multiple dielectric processes following Arrhenius behavior were observed. Local fluctuations, Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization and structural relaxations were discussed correlating to structural-properties of PIM-1. Up to now, no other work has studied the role of porosity and thermal history of PIM-1 film in dielectric processes. The goal is by eliminating thermal history and considering storing conditions provide better understanding on aging and plasticizing in high free volume glassy polymer PIM-1.
International standardisation network VAMAS is calling for participants in two studies on the measurement of (relative) number concentration of bimodal silica nanoparticles including deposition from liquid suspension and the measurement of particle size and shape distribution of bipyramidal titania including deposition from liquid suspension.
Sehr geehrte Damen und Herren,
liebe Leserinnen und Leser,
bereits im ersten Band der N.i.Ke. Schriftenreihe des Netzwerks zur interdisziplinären Kulturerhaltung hatte ich angeführt, dass bei der Untersuchung von kulturellen Artefakten naturwissenschaftliche Untersuchungsmethoden zunehmend an Bedeutung gewinnen, sie eigentlich unverzichtbar geworden sind.
Ein besonders einprägsames Beispiel dieser fächerübergreifenden Zusammenarbeit zwischen Geisteswissenschaften, Naturwissenschaften und Restaurierungswissenschaften war die Ausstellung Johannes Vermeer. Vom Innehalten, die in diesem Jahr in der Gemäldegalerie Alter Meister in den staatlichen Kunstsammlungen Dresden gezeigt wurde. Eigens für diese Ausstellung wurde das Gemälde Brieflesendes Mädchen am offenen Fenster einer grundlegenden Restaurierung unterzogen. Diese Restaurierung diente jedoch nicht nur der Reparatur des Bildes. Um sich dem ursprünglichen Zustand des Gemäldes zwischen 1657 und 1659 anzunähern, wurden später hinzugefügte Malschichten großflächig abgenommen. Möglich wurde dies durch unterschiedliche, bildgebende materialwissenschaftliche Untersuchungen im Vorfeld, welche die wissenschaftlichen Grundlagen für die Diskussion über den weiteren Umgang mit der Lesenden schufen.
Materialanalytische Verfahren wurden und werden ständig weiterentwickelt und optimiert. Sei es, um aus einer Vielzahl von Einzelmessungen ein Gesamtbild zu erstellen, oder die Größe einer Probenentnahme so zu reduzieren, dass von einer „minimal-invasiven“ oder „quasi nicht-invasiven“ Untersuchung ausgegangen werden kann. Nun feiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, zusammen mit ihren Vorgängerinstitutionen, den königlichen Versuchsanstalten, in diesem Jahr ihren einhundertfünfzigsten Geburtstag. Sie blickt damit auf eine lange Tradition materialwissenschaftlicher Analysen zurück, an deren Beginn beispielsweise die metallographischen Untersuchungen von Adolf Martens stehen. Derartige Untersuchungen bilden auch heute noch einen wesentlichen Bestandteil archäometallurgischer Forschung. Die Historie bzw. die Weiterentwicklung der Methodik lässt sich hier besonders gut nachzeichnen. Jedoch blicken auch Verfahren zur Charakterisierung weiterer Werkstoffe, wie Glas, Keramik, oder organischer Materialien auf eine lange Geschichte zurück.
Die in diesem Band der N.i.Ke.-Schriftenreihe präsentierten Beiträge dokumentieren einerseits aktuelle Forschungsarbeiten, die erst in diesem Jahr in entsprechenden Fachjournalen publiziert wurden, andererseits liegen einige der Arbeiten bereits 50 Jahre zurück. Sie bekunden damit nicht nur die materialtechnologische und historische Bandbreite der Projekte, sondern offenbaren die Vielfältigkeit kulturhistorischer oder restauratorischer Fragestellungen, zu deren Beantwortung natur- und materialwissenschaftliche Forschung wesentliche Beiträge liefern können.
Ich bedanke mich bei allen Kolleginnen und Kollegen, die zur Erstellung dieser dritten Ausgabe der N.i.Ke. Schriftenreihe des Netzwerks zur interdisziplinären Kulturerhaltung beigetragen haben. Ihre Aufsätze ermöglichen den Blick in die Vielfältigkeit materialwissenschaftlicher Untersuchungen im Bereich Kunst- und Kulturgut. Ich wünsche Ihnen viel Spaß auf dieser kleinen Zeitreise.
Die große Herausforderung in der Detektion von Mikroplastik (MP)‑Partikeln (1-1000 µm) besteht darin, sie neben Millionen von natürlichen Partikeln in Umweltproben nachzuweisen. Zum Aufspüren von Senken, Eintragspfaden und für Monitoring-Kampagnen ist ein schnelles, automatisiertes Verfahren unerlässlich. Ein solches Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit der ThermoExtraktion/Desorption-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TED-GC/MS) in den letzten Jahren entwickelt.