Chemisch inhomogene biogene Einkristalle: Von Struktur-Funktions-Beziehungen zum Restspannungsmanagement

• Antragsteller: Professor Dr. Paul Zaslansky
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561067251

In diesem DFG-ISF-Gemeinschaftsprojekt werden die strukturellen und funktionellen Eigenschaften von chemisch inhomogenen biogenen Calcitkristallen untersucht, um die Prinzipien aufzudecken, die ihrer verbesserten physikalischen Leistungsfähigkeit und Stabilität zugrunde liegen. Im Gegensatz zu synthetischen Kristallen enthalten diese natürlichen Strukturen hohe Konzentrationen von Verunreinigungen wie Mg, Sr und Zn und bilden komplexe räumliche Verteilungen durch Gradienten, Nanopräzipitate und geschichtete Zusammensetzungen. Durch die Untersuchung von Modellorganismen wie Schlangensternen und Seesternen wollen wir die 3D-Struktur dieser Kristalle von der atomaren bis zur Mikroskala aufklären und die thermodynamischen, kinetischen und chemischen Mechanismen aufdecken, die den Einbau von Verunreinigungen über die klassischen Löslichkeitsgrenzen hinaus ermöglichen. Unsere Methodik umfasst moderne bildgebende und analytische Verfahren wie Synchrotron-Röntgenbeugung und Nanotomographie, um die Verteilung von Verunreinigungen und die Struktur zu visualisieren und zu charakterisieren. Darüber hinaus werden wir die Struktur-Eigenschaft-Beziehungen modellieren und die Auswirkungen von Verunreinigungen auf die mechanische Festigkeit, die optische Leistung und die chemische Beständigkeit untersuchen. Durch Variation der Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Verunreinigungskonzentration wollen wir kinetische und thermodynamische Modelle entwickeln, die die durch Verunreinigungen ausgelösten Stabilisierungsmechanismen erklären. Diese Forschung bringt nicht nur unser Verständnis der biogenen Mineralisation voran, sondern schafft auch die Grundlage für die Entwicklung bioinspirierter Materialien mit gezielt einstellbaren Eigenschaften. Hierdurch erweitern wir auch die Wissensbasis, was auch anderen Bereichen der Materialwissenschaft, Biomimetik und Nachhaltigkeit zu Gute kommt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Tali Mass, Ph.D.; Professor Dr. Boaz Pokroy, Ph.D.