Suche

Amorphe anorganische Materialien: Gläser und Keramiken

(Teil)Amorphe anorganische Materialien wie Keramiken und Gläser bilden einen wesentlichen Eckpfeiler unserer Forschungsarbeiten. Dabei steht vor allem die Frage im Vordergrund, wie die makroskopischen physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Materialien mit den mikrostrukturellen Merkmalen korrelieren. Zur strukturellen Charakterisierung dieser Systeme nutzen wir die gesamte Breite der zur Verfügung stehenden Festkörper-NMR-Methoden und entwickeln selbst moderne Festkörper-NMR-Strategien, die einen Zugang zum Verständnis der zugrunde liegenden Strukturmotive bieten.
Eine wichtige Fragestellung ist beispielsweise die nach der Verknüpfung der das anorganische Netzwerk bildenden Koordinationspolyeder (SiO4/2, BO3/2, BO4/2, POO3/2, BN3/3, SiN4/3 ...) zum ausgedehnten dreidimensionalen Netzwerk. Dazu nutzen wir unter anderem die heteronukleare Dipolkopplung zwischen zwei Kernen I und S, die wir mit modernen Doppelresonanz-NMR-Verfahren (Rotational Echo Double Resonance und daraus abgeleitete Varianten) ausmessen können. Hieraus läßt sich der Abstand zwischen diesen Kernen, typischerweise bis zu 6 Å, bestimmen und die Art und Zahl der benachbarten Koordinationspolyeder ermitteln.
Diese Ergebnisse erlauben dann – in Kombination mit denen aus den Untersuchungen zur Nahordnung in diesen Materialien – die Genese von Netzwerkmodellen, die als Grundlage für eine Strukturbeschreibung dienen. Das langfristige Ziel dieser Arbeiten ist es, die Kenntnis dieser Struktur-Eigenschafts-Korrelationen zu nutzen, um durch gezielte Variation der Syntheseparameter zu Materialien mit optimierten Zieleigenschaften zu gelangen. Die folgende Abbildung illustriert anhand unserer Untersuchungen an Aluminophosphatgläsern die Vorgehensweise.

amorphbild4_jpg

Zunächst wird mit MAS- und MQMAS-Methoden die lokale Umgebung untersucht (1). Anschließend beleuchtet der Einsatz unterschiedlicher dipolarer NMR- Methoden wie REDOR und Varianten die Verknüpfung der identifizierten Grundpolyeder zu größeren Aggregaten (2).