TY - THES

T1 - Struktur- und Sorptionsanalyse von Holzkeramik

AU - Morak, Roland

N1 - gesperrt bis null

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Holz ist ein faserverstärkter Verbundwerkstoff mit zellulären Gewebe und einem hierarchischen Aufbau. Es besteht aus Fibrillen mit einem Durchmesser von 10-20 nm, die in eine Ligninmatrix eingebettet sind. In diesen Fibrillen befinden sich wiederum Nanofibrillen aus Cellulose mit einem Durchmesser von ca. 2-3 nm, die von Hemicellulose umgeben sind. Um die komplexe hierarchische Struktur, sowie die hervorragenden mechanischen Eigenschaften in eine synthetische Keramik überzuführen, wurde Holz als eine Art Schablone verwendet, um mit Hilfe des Sol-Gel Prozesses eine "Holzkeramik" aus Siliziumdioxid zu erhalten. Diese Arbeit behandelt die strukturelle Analyse der Holzkeramik mit Hilfe von in-situ Kleinwinkelstreuung (SAXS) während der Sorption eines Gases, wie auch mittels gravimetrischer bzw. volumetrischer Sorptionsmessung. Die verwendeten Adsorptive sind Pentan für die in-situ SAXS Messung, sowie für die gravimetrische Sorptionsmessung, und Stickstoff (N2) für die volumetrische Sorptionsmessung. Das wesentliche Ziel der Arbeit war der Nachweis der Zugänglichkeit der Poren in diesen Holzkeramiken auf den Längenskalen der ursprünglichen Fibrillen und Nanofibrillen. Die Diplomarbeit bestätigt frühere Arbeiten, dass die Nanostruktur der Holzkeramik starke Ähnlichkeit mit jener von Holz aufweist. Dabei ersetzt poröses Silika die ursprünglichen Holzzellwände und bildet schlitzförmige Mesoporen mit einer Breite von ca. 10 nm und chirale Mikroporen die anstelle der Cellulose-Nanofibrillen treten. Die Untersuchungsergebnisse beweisen nicht nur die Existenz der Poren, sondern auch quantifizieren auch ihre Zugänglichkeit. Es konnte auch gezeigt werden, dass diese perfekte Abbildung der Struktur, die bis in die kleinsten Details dem hierarchischen Aufbau des Holzes entspricht, nur mittels eines speziellen Funktionalisierungsschrittes bei der Herstellung erhalten werden kann, während andere Präparationsmethoden zu einer weitaus weniger perfekten Nanostruktur führen.

AB - Holz ist ein faserverstärkter Verbundwerkstoff mit zellulären Gewebe und einem hierarchischen Aufbau. Es besteht aus Fibrillen mit einem Durchmesser von 10-20 nm, die in eine Ligninmatrix eingebettet sind. In diesen Fibrillen befinden sich wiederum Nanofibrillen aus Cellulose mit einem Durchmesser von ca. 2-3 nm, die von Hemicellulose umgeben sind. Um die komplexe hierarchische Struktur, sowie die hervorragenden mechanischen Eigenschaften in eine synthetische Keramik überzuführen, wurde Holz als eine Art Schablone verwendet, um mit Hilfe des Sol-Gel Prozesses eine "Holzkeramik" aus Siliziumdioxid zu erhalten. Diese Arbeit behandelt die strukturelle Analyse der Holzkeramik mit Hilfe von in-situ Kleinwinkelstreuung (SAXS) während der Sorption eines Gases, wie auch mittels gravimetrischer bzw. volumetrischer Sorptionsmessung. Die verwendeten Adsorptive sind Pentan für die in-situ SAXS Messung, sowie für die gravimetrische Sorptionsmessung, und Stickstoff (N2) für die volumetrische Sorptionsmessung. Das wesentliche Ziel der Arbeit war der Nachweis der Zugänglichkeit der Poren in diesen Holzkeramiken auf den Längenskalen der ursprünglichen Fibrillen und Nanofibrillen. Die Diplomarbeit bestätigt frühere Arbeiten, dass die Nanostruktur der Holzkeramik starke Ähnlichkeit mit jener von Holz aufweist. Dabei ersetzt poröses Silika die ursprünglichen Holzzellwände und bildet schlitzförmige Mesoporen mit einer Breite von ca. 10 nm und chirale Mikroporen die anstelle der Cellulose-Nanofibrillen treten. Die Untersuchungsergebnisse beweisen nicht nur die Existenz der Poren, sondern auch quantifizieren auch ihre Zugänglichkeit. Es konnte auch gezeigt werden, dass diese perfekte Abbildung der Struktur, die bis in die kleinsten Details dem hierarchischen Aufbau des Holzes entspricht, nur mittels eines speziellen Funktionalisierungsschrittes bei der Herstellung erhalten werden kann, während andere Präparationsmethoden zu einer weitaus weniger perfekten Nanostruktur führen.

KW - Sorption

KW - Kleinwinkelstreuung

KW - hierarchischer Aufbau

KW - sorption

KW - SAXS

KW - hierarchical structure

M3 - Diplomarbeit

ER -