Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Mechanochemistry is a fast and efficient method applicable for the synthesis of new organic[1], metal-organic[2], and inorganic[3] compounds. The direct monitoring of milling reactions is still challenging. The underlying reaction mechanisms remain often unclear. In the last years, have established a tandem in situ approach for investigating mechanochemical reactions using time-resolved in situ XRD coupled with Raman spectroscopy.[4] Here, we present an in situ coupling of synchrotron XRD, Raman spectroscopy, and thermography allowing the observation of mechanochemical reactions in real time.[5] Information on the crystalline, molecular, and temperature state of the materials during grinding could be collected. The chemical composition of the reaction mixture was found to be directly correlated with changes in the temperature profile of the reaction. Furthermore, the presented setup allows the detection of crystalline, amorphous, eutectic as well as liquid intermediates. The resulting deeper kinetic and thermodynamic understanding of milling processes is the key for future optimization of mechanochemical syntheses.
We present naproxen/proline cocrystals discovered when combining enantiopure and racemic naproxen and proline. Using liquid-assisted grinding as the main method to explore the variety of crystal forms in this system, we found 17 cocrystals, of which the structures of only four of them were previously known. The naproxen/proline system exhibited multiple polymorphs of 1 : 1 stoichiometry as well as more rare cocrystals with 1 : 2 and 2 : 3 stoichiometries, two cocrystal hydrates and one cocrystal solvate. In situ ballmilling, used to monitor liquid-assisted grinding reactions, revealed that the solvent dictates the reaction intermediates even if the final reaction product stays the same. Synchrotron X-ray diffraction data collected in situ upon heating allowed us to monitor directly the phase changes upon heating and gave access to pure diffraction patterns of several cocrystals, thus enabling their structure determination from powder X-ray diffraction data; this method also confirmed the formation of a conglomerate in the RS-naproxen/DL-proline system. Proline in cocrystals kept its ability to form charge-assisted head-to-tail
N-H⋯O hydrogen bonds, typical of pure crystalline amino acids, thus increasing the percentage of strong chargeassisted interactions in the structure and consequently providing some of the cocrystals with higher melting points as compared to pure naproxen. The majority of drugs are chiral, and hence, these data are of importance to the pharmaceutical industry as they provide insight into the challenges of chiral cocrystallization.
UHPC (engl. ultra-high-performance concrete) bietet außergewöhnliche Eigenschaften, die sich durch eine optimierte Wärmebehandlung weiter verbessern lassen. Wie bei normalen Beton beschleunigt eine Wärmebehandlung den Aushärteprozess und reduziert das Schrumpfen. Durch Ausbildung eines dichteren Gefüges wird weiterhin die Druckfestigkeit und die Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen erhöht.
Die Art der Wärmebehandlung wird durch die Parameter: Temperatur, Druck, Wasserdampfsättigung und Dauer definiert und hat einen entscheiden Einfluss auf die Phasenentwicklung und damit auf die makro- und mikroskopischen Eigenschaften des UHPCs. Auch die Dauer und Art der Vorlagerung des UHPCs vor der thermischen Behandlung sind von Bedeutung.
Ziel der vorgestellten Untersuchung war der Vergleich und die Optimierung verschiedener Wärmebehandlungsarten mit Blick auf die Druckfestigkeits- und Phasenentwicklung. Dafür wurden UHPC-Zylinder und Prismen hergestellt und ungeschützt bzw. in Folie eingeschweißt bei 90 °C im Ofen, im Heißwasserbad, sowie alternativ bei 185 °C und 1.1 MPa im Autoklaven wärmebehandelt. Zusätzlich wurde die Vorlagerungs- und die Behandlungszeit systematisch variiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine praxisnahe Wärmebehandlung im Ofen (kurze Vorlagerungs- und Behandlungszeit, Verdunstungsschutz durch Einschweißen in Folie) zwar zu einer stark erhöhten Frühfestigkeit führt, aber die Langzeitfestigkeit wird nicht signifikant erhöht. Erst längere Behandlungszeiten verbunden mit intensiviertem Schutz gegen das Austrocknen führen darüber hinaus zu deutlich erhöhten Langzeitfestigkeiten. Nach der Autoklavierung dagegen wurden Festigkeitszuwächse von bis zu 30 % gemessen.
Die röntgenographisch nachgewiesene Phasenentwicklung wird in beiden Behandlungsarten durch die Limitierung des zur Verfügung stehenden Wassers bestimmt. Bei der Wärmebehandlung im Ofen wird das durch den Ettringitzerfall freigesetzte Wasser für die puzzolanische Reaktion der Mikrosilika verbraucht, reicht aber für eine weitere Reaktion der Klinkerphasen nicht aus. Bei der hydrothermalen Behandlung dagegen zeigen die Veränderungen im Phasenbestand sowohl eine Intensivierung der puzzolanischen als auch der hydraulischen Reaktion. Der für autoklavierte Baustoffe charakteristische Tobermorit konnte jedoch nicht im Probeninneren, sondern nur als Belag auf der Probenoberfläche nachgewiesen werden. Ursächlich hierfür ist vermutlich wiederum das zu geringe Wasserangebot im Gefüge des UHPC.
UHPC (engl. ultra-high-performance concrete) bietet außergewöhnliche Eigenschaften, die sich durch eine optimierte Wärmebehandlung weiter verbessern lassen. Wie bei normalen Beton beschleunigt eine Wärmebehandlung den Aushärteprozess und reduziert das Schrumpfen. Durch Ausbildung eines dichteren Gefüges wird weiterhin die Druckfestigkeit und die Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen erhöht.
Die Art der Wärmebehandlung wird durch die Parameter: Temperatur, Druck, Wasserdampfsättigung und Dauer definiert und hat einen entscheiden Einfluss auf die Phasenentwicklung und damit auf die makro- und mikroskopischen Eigenschaften des UHPCs. Auch die Dauer und Art der Vorlagerung des UHPCs vor der thermischen Behandlung sind von Bedeutung.
Ziel der vorgestellten Untersuchung war der Vergleich und die Optimierung verschiedener Wärmebehandlungsarten mit Blick auf die Druckfestigkeits- und Phasenentwicklung. Dafür wurden UHPC-Zylinder und Prismen hergestellt und ungeschützt bzw. in Folie eingeschweißt bei 90 °C im Ofen, im Heißwasserbad, sowie alternativ bei 185 °C und 1.1 MPa im Autoklaven wärmebehandelt. Zusätzlich wurde die Vorlagerungs- und die Behandlungszeit systematisch variiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine praxisnahe Wärmebehandlung im Ofen (kurze Vorlagerungs- und Behandlungszeit, Verdunstungsschutz durch Einschweißen in Folie) zwar zu einer stark erhöhten Frühfestigkeit führt, aber die Langzeitfestigkeit wird nicht signifikant erhöht. Erst längere Behandlungszeiten verbunden mit intensiviertem Schutz gegen das Austrocknen führen darüber hinaus zu deutlich erhöhten Langzeitfestigkeiten. Nach der Autoklavierung dagegen wurden Festigkeitszuwächse von bis zu 30 % gemessen.
Die röntgenographisch nachgewiesene Phasenentwicklung wird in beiden Behandlungsarten durch die Limitierung des zur Verfügung stehenden Wassers bestimmt. Bei der Wärmebehandlung im Ofen wird das durch den Ettringitzerfall freigesetzte Wasser für die puzzolanische Reaktion der Mikrosilika verbraucht, reicht aber für eine weitere Reaktion der Klinkerphasen nicht aus. Bei der hydrothermalen Behandlung dagegen zeigen die Veränderungen im Phasenbestand sowohl eine Intensivierung der puzzolanischen als auch der hydraulischen Reaktion. Der für autoklavierte Baustoffe charakteristische Tobermorit konnte jedoch nicht im Probeninneren, sondern nur als Belag auf der Probenoberfläche nachgewiesen werden. Ursächlich hierfür ist vermutlich wiederum das zu geringe Wasserangebot im Gefüge des UHPC.
Two divalent manganese aminophosphonates, manganese mono (nitrilotrimethylphosphonate) (MnNP3) and manganese bis N-(carboxymethyl)iminodi(methylphosphonate)) (Mn(NP2AH)2), have been prepared by mechanochemical synthesis and characterized by powder X-ray diffraction (PXRD). The structure of the novel compound Mn(NP2AH)2 was determined from PXRD data. MnNP3 as well as Mn(NP2AH)2 exhibits a chain-like structure.
In both cases, the manganese atom is coordinated by six oxygen atoms in a distorted octahedron. The local coordination around Mn was further characterized by extended X-ray absorption fine structure. The synthesis process was followed in situ by synchrotron X-ray diffraction revealing a three-step reaction mechanism. The asprepared manganese(II) phosphonates were calcined on air.
All samples were successfully tested for their suitability as catalyst material in the oxygen evolution reaction.
The syntheses and crystal structures of two cerium(IV) phosphonates are presented. Cerium(IV) bis(phenylphosphonate) Ce(O3PC6H5)2 1 can be formed from precipitation and mechanochemical reaction, whereas cerium(IV) bis(carboxymethylphosphonate) monohydrate Ce(O3PCH2COOH)2 H2O 2 is only accessible via ball milling. All reactions proceed very fast and are completed within a short time span. In situ measurements for the syntheses of 1 show that the product occurs within seconds or a few minutes, respectively. The structures were solved from powder X-ray diffraction data.
A series of Ca-based coordination polymers were prepared mechanochemically by milling Ca(OH)2 with phthalic acid (H2oBDC), isophthalic acid (H2mBDC), and terephthalic acid (H2pBDC). The hydrated compounds [Ca(oBDC)(H2O)], [Ca(mBDC)(H2O)3.4], and [Ca(pBDC)(H2O)3] were prepared for the first time via mechanochemical routes. The refined structures were validated by extended X-ray absorption data. The new dehydrated compound [Ca(oBDC)] (1-H2O), obtained after the thermal post-treatment of 1 in a reversible phase transition process, was determined ab initio based on the powder X-ray diffraction (PXRD) data. The materials were thoroughly characterized using elemental analysis, thermal analysis, and spectroscopic methods: magic-angle spinning NMR and attenuated total reflection-infrared spectroscopy. The specific surface areas and sorption properties of the hydrated and dehydrated samples were determined using the isotherms of gas sorption and dynamic vapor sorption measurements.