In der Welt der Pflanzen sind Kapillarkr�fte ein wichtiger Bewegungsantrieb. Diese sorgen daf�r, dass sich por�se Materialien bei Fl�ssigkeitsaufnahme ausdehnen, zu beobachten beispielsweise bei Holz oder Samentr�gern wie etwa den Zapfen von Nadelb�umen. In technischen Materialien spielt diese Art der Bewegung bislang keine Rolle.
Forschern der Professur f�r Biogene Polymere der Technischen Universit�t M�nchen, des Instituts f�r Physik der Montanuniversit�t Leoben und des Max-Planck-Instituts f�r Kolloid- und Grenzfl�chenforschung in Potsdam ist es gemeinsam gelungen, diesen pflanzlichen Antrieb auf ein technisches Material, Silikatglas, zu �bertragen. Indem sie Kiefernzapfen mit einem eigens entwickelten 'Bio-Templatierungs-'Verfahren k�nstlich versteinerten, erzeugten Sie einen K�rper, welcher sich bei Feuchtigkeitsaufnahme bewegt: Die Schuppen der versteinerten Zapfen biegen sich bei Benetzung gegen die Schwerkraft aufw�rts, bei Trocknung wieder zur�ck in ihre Ausgangsposition. Durch aufw�ndige strukturelle Untersuchungen, unter anderem am Teilchenbeschleuniger BESSY II in Berlin, konnten Sie die Hypothese best�tigen, dass der Erhalt der inneren Struktur des Kieferzapfens bis auf die kleinste Ebene von Millionstel Millimetern f�r die beobachtete Bewegung verantwortlich ist.
Damit wurde demonstriert, dass erstens die Herstellung von por�sen keramischen mehrlagigen Aktuatoren mit relativ geringem technischen Aufwand m�glich ist und zweitens man durch das genaue Abformen einer Pflanzenstruktur auch deren Funktion erhalten kann. Insbesondere von letzterem Umstand erwarten die Forscher, dass es T�r und Tor f�r vergleichbare Bestrebungen bei der Entwicklung neuer Materialien �ffnen wird, schlie�lich ist die Pflanzenwelt voller -gr��tenteils unerforschter- Bewegung.
Ihre Erkenntnisse ver�ffentlichten die Forscher im angesehenen Fachjournal 'Advanced Materials' am 06. Mai 2016 unter der DOI-Kennzahl 10.1002/adma.201600117.
Straubing (jft) � Es ist eine gro�e Ehre f�r einen Wissenschaftler, wenn er von anderen Wissenschaftlern in eine internationale Akademie aufgenommen wird. Dar�ber darf sich jetzt auch Professor Dr. Cordt Zollfrank freuen. Der f�r die Technische Universit�t M�nchen am Wissenschaftszentrum Straubing forschende Chemiker wurde in der vergangenen Woche in die Internationale Akademie der Holzwissenschaften (International Academy of Wood Science / IAWS) aufgenommen. Das sei eine Anerkennung der Leistungen Zollfranks in der Holzwissenschaft, so Dr. Dr. Uwe Schmitt, Pr�sident der Akademie und Leiter des Th�nen-Institut f�r Holzforschung in Hamburg.
�Mit meiner Aufnahme in die IAWS k�nnen wir die Forschung am und mit dem nachwachsenden Rohstoff Holz an der Professur f�r Biogene Polymere der Technischen Universit�t M�nchen und am Wissen-schaftszentrum Straubing verst�rkt internationalisieren und sichtbar machen. Die IAWS bietet hierzu sich ein hervorragendes Forum�, so Prof. Dr. Zollfrank.
Bei seinen Forschungsarbeiten am Wissenschaftszentrum Straubing entwickelt Zollfrank neuartige Struktur- und Funktionsmaterialien auf Basis von Nachwachsenden Rohstoffen. Ein Arbeitsschwerpunkt liegt auf der Erzeugung biogener (Polymer-)Strukturen und ihrer �berf�hrung in Kompositmaterialien f�r technische und biomedizinische Anwendungen, darunter zum Beispiel neuartige Biokunststoffe. Cordt Zollfrank studierte Chemie an der Technischen Universit�t M�nchen (TUM). Anschlie�end wechselte er an das Institut f�r Holzforschung in M�nchen, wo er �ber ein holzchemisches Thema zum Doktor der Forstwissenschaften promovierte. Sp�ter baute er als wissenschaftlicher Assistent die Arbeitsgruppe �Biotechnische Keramik und Biomaterialien� auf und habilitierte sich 2009 f�r das Fach Werkstoffwissenschaften. Zum 1. Oktober 2011 wurde er zum Professor f�r das Fachgebiet �Biogene Polymere� der TUM am Wissenschaftszentrum Straubing berufen.
In der Internationalen Akademie der Holzwissenschaften sind Wissenschaftler und Institutionen vereinigt, die sich mit allen Aspekten der Holzwissenschaften befassen. Die Akademie wurde 1966 in Paris gegr�ndet. Ziel der Akademie ist die internationale Weiterentwicklung der Holzforschung durch Berufung namhafter Wissenschaftler in ihre Organisation, Auszeichnung von Fortschritten, die hohen Standards in Forschung und Publikationen zu f�rdern und im Journal der IAWS �Wood Science and Technology� zu ver�ffentlichen.
1,25 Millionen Euro f�r Materialforschung mit Mikroalgen
Prof. Cordt Zollfrank von der Technischen Universit�t M�nchen (TUM) in Straubing erh�lt eines der renommierten Reinhart-Koselleck-Projekte der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). In den kommenden f�nf Jahren flie�en 1,25 Millionen Euro in die Grundlagenforschung im Bereich der lichtgesteuerten Strukturierung von Funktionsmaterialien mit Mikroorganismen. Die TUM gewinnt damit das zweite Reinhart-Koselleck-Projekt in kurzer Zeit � im August 2012 war Prof. Vasilis Ntziachristos ausgezeichnet worden.
Cordt Zollfrank ist Professor der TUM f�r das Fachgebiet �Biogene Polymere� im Wissenschaftszentrum Straubing. Er erforscht innovative Struktur- und Funktionsmaterialien auf Basis von biologischen Strukturen und Synthesewegen, unter anderem in der Celluloseforschung.
Mit dem Reinhart-Koselleck-Projekt entwickelt Zollfrank
einen neuartigen Ansatz, um keramisches Material aus nachwachsenden (biogenen)
Rohstoffen herzustellen. Keramiken kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum
Einsatz, die hohe Verschlei�festigkeit und Temperaturbest�ndigkeit erfordern.
Beispiele sind Bremsscheiben in der Automobilindustrie, Hitzeschilde in der
Raumfahrt oder Ersatzgelenke in der Medizin. Allerdings l�sst sich keramisches
Material in g�ngigen Herstellungsverfahren nicht beliebig formen � filigrane
Strukturen aus Keramik sind daher nur eingeschr�nkt m�glich.
Mikroalgen bauen Schablone f�r Keramik
Mit einer ausgekl�gelten Methode will Zollfrank die
Herstellung von Keramik optimieren. Daf�r nutzt er Mikroalgen, deren Bewegung
sich am Licht orientiert. Um sich fortzubewegen, scheiden die Organismen lange
und sehr d�nne Polysaccharide (Vielfach-Zuckermolek�le) in ihre Umgebung aus.
Die Idee: Die Wissenschaftler projizieren eine dreidimensionale Lichtstruktur,
also ein Hologramm, in ein transparentes N�hrmedium. Die Algen wachsen und
bewegen sich ausschlie�lich entlang der vom Licht vorgegebenen Bereiche.
Dann bilden Polysaccharid-Strukturen der Mikroalgen eine Art
Schablone f�r die Keramik: Gibt man geeignete Reaktionspartner wie zum Beispiel
Kiesels�ure oder Calciumverbindungen zu, findet eine chemische Umwandlung zu
einem keramischen Material statt. Da sich der Aufbau des Hologramms sowie die
chemische Zusammensetzung variieren lassen, erwarten Zollfrank und sein Team,
keramisches Material in einer gro�en Formen- und Funktionsvielfalt zu
produzieren.
Daraus ergibt sich ein enormes Potenzial f�r die Erzeugung
komplex strukturierter Materialen f�r zahlreiche Einsatzgebiete: von Elektroden
f�r Batterien, �ber Bestandteile von Spezialfiltern in der Wasserreinhaltung
und neue Bildschirm- und Displaytechnologien bis hin zu ma�geschneidertem
Knochen- und Gewebeersatz.
Auszeichnung f�r innovative Forschung
Die DFG vergibt Reinhart-Koselleck-Projekte ausschlie�lich
an Personen mit einer herausragenden wissenschaftlichen Reputation mit dem
Ziel, besonders innovative, risikoreiche Forschungsarbeiten zu unterst�tzen.
�Die Lumineszenz von mikrostrukturierten Zinkoxid-Tetrapoden ist eine etablierte aber �u�erst interessante Eigenschaft, die sich unter mechanischer Belastung ver�ndert. Uns wurde schnell klar, dass man damit innere Materialsch�den sichtbar machen k�nnte�, sagt Dr. Yogendra Mishra von der Technischen Fakult�t der CAU. Das Forschungsteam hatte Zinkoxidtetrapoden mit einem Silikonpolymer (Polydimethylsiloxan) vermischt und die Eigenschaften des so entstandenen Kompositmaterials untersucht. Sie fanden heraus, dass das Silikonmaterial durch die Zinkoxidkristalle nicht nur fester wird, sondern auch ein ungew�hnliches Lichtreflexionsverhalten aufweist. Unter mechanischer Belastung und Bestrahlung mit UV-Licht ver�ndern sich die Intensit�t und Farbe des reflektierten Lichts.
Nano-Kristalle geben Warnsignal
�Die Mikro-Nano-Kristalle geben eine Art optisches Warnsignal, wenn das Kompositmaterial durch Belastung zu versagen droht�, erl�utert die Doktorandin Xin Jin. Die Ver�nderung der Leuchteigenschaften von definierten Halbleiter-Mikrostrukturen durch mechanische Beanspruchung, wie wir es f�r die Zinkoxid-Tetrapoden erstmalig gezeigt haben, k�nnte auch f�r viele andere Leuchtstoffsysteme von Bedeutung sein�, erg�nzt Professor Cordt Zollfrank, der das Fachgebiet biogene Polymere an der TUM leitet. �Wir erwarten weitere spannende Entwicklungen auf dem Gebiet der �self-reporting materials��.
Kompositpolymere werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt � von Zahnimplantaten bis hin zu Raumfahrzeugen. Sie bestehen aus zwei oder mehr Ausgangsmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, zum Beispiel Silikon und Zinkoxid, die im Materialverbund bessere Eigenschaften haben. Je nach Bedarf k�nnen sie besonders leicht, mechanisch robust und preiswert herstellbar designed werden. Professor Rainer Adelung, Leiter der Studie, betont: �Zinkoxidkristalle sind offenbar eine exzellente Komponente f�r zahlreiche spezielle Kompositmaterialien � auch in Konstruktionen, von deren Stabilit�t das �berleben von Menschen abh�ngt.�
Originalpublikation:
Xin Jin, Michael G�tz, Sebastian Wille, Yogendra Kumar Mishra, Rainer Adelung, Cordt Zollfrank (2012): A novel concept for self-reporting materials: Stress sensitive photoluminescence in ZnO tetrapod filled elastomers, Advanced Materials, doi: adma.201203849
Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Sonderforschungsbereiche 677 und 855 gef�rdert.KELHEIM. Der Freistaat stellt n�chstes Jahr zus�tzliche 500.000 Euro f�r die Forschung an Hightech-Fasern zur Verf�gung und unterst�tzt damit die Kooperation zwischen der Industrie in und um Kelheim und der Technischen Universit�t M�nchen. Dies teilte der Abensberger Landtagsabgeordneten Dr. Andreas Fischer (FDP) mit: Auf seine Initiative, so Fischer habe der Haushaltsausschuss des Landtags am Mittwoch diese �wichtige Weichenstellung f�r den Faserstandort Kelheim vorgenommen�.
Das Geld sei f�r 2013 zus�tzlich f�r den Budgetposten �Neue Werkstoffe� im Haushaltsplan des Wirtschaftsministerium eingestellt worden. Das Geld diene der Erforschung unter anderem von Verfahrenstechniken zur Faserherstellung und Anwendungspotentialen der neuen Fasern und Faserprodukte auf Basis nachwachsender Rohstoffe, so MdL Fischer.
F�rs Forschen an Fasern will der Freistaat investieren. Foto: SGL Carbon
Von Kiefern, K�fern und Kadavern: So lautet der Untertitel der Antrittsvorlesung von Prof. Dr. Cordt Zollfrank �ber Strukturierte Funktionsmaterialien mit biogenen Polymeren am 13.06.2012. Die Vorlesung fand im Dekanatsgeb�ude des Wissenschaftszentrums Weihenstephan statt. Nach der Begr��ung und Einf�hrung durch den Dekan Prof. Dr. Alfons Gierl f�hrt Prof. Zollfrank das anwesende Publikum in die Unterschiede technisch-relevanter und biologischer Materialien ein.
Anhand des D�rerhasen erkl�rt er das Prinzip des
Biotemplatings, bei dem eine biologische Struktur in gleichaussehendes
anorganisches Material �berf�hrt wird. Anschlie�end zeigt er, wie sich diese
Technologie auf Holz anwenden l�sst, um die gesamte Struktur des Holzes und der
Zellw�nde nach der Umwandlung bis hinab auf die Nanoskala zu erhalten. Ein
�hnliches Vorgehen wurde von der Arbeitsgruppe auch f�r die Umwandlung der
polysaccharid-basierten photonischen Strukturen in den Deckfl�gelschuppen des
brasilianischen Prachtk�fers Entimus
imperalis in anorganisches Siliciumdioxid entwickelt.
Prof. Zollfrank pr�sentiert dann im zweiten Teil der Vorlesung die aktuellen Entwicklungen des Fachgebietes bez�glich der Verwendung biogener Polymere f�r die Herstellung neuartiger Biokunststoffe. Dabei wird gezeigt, wie auch hier die Natur als Ideengeber fungieren kann. Nach der Vorlesung werden bei einem Sektempfang mit Imbiss im Kreise der alten und neuen Kollegen sowie von Familie und Freunden die geh�rten Sachverhalte er�rtert und angewandt aufgearbeitet. Die Mitarbeiter des Fachgebietes Biogene Polymere pr�sentierten in einer geheimen Kommandoaktion bei der Gelegenheit das neue must-have aus der aktuellen Forschung der fashion-Gruppe.
