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Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral ...

Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral ...

10 2 KRISTALLOGRAPHISCHE

10 2 KRISTALLOGRAPHISCHE UND BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN Die sogenannte organische Matrix umgibt die Plättchen. Zwischen den horizontalen Aragonitebenen liegt sie als etwa 30 nm dicke, interlamellare Schicht vor. In den lateralen Grenzbereichen zwischen den Plättchen bildet die organische Matrix wesentlich dünnere vertikale Wände. Es ist erstaunlich, dass sich Perlmutt aus etwa 95 Gewichtsprozent Aragonit und nur 5 Gewichtsprozent organischer Moleküle zusammensetzt ([24], [28]) und sich dennoch sowohl die mechanischen als auch die chemischen Eigenschaften stark von denen des puren Minerals Aragonit unterscheiden. 2.2.3 Aragonitanteil Das Wachstumsprinzip der Aragonitplättchenstapel wird am deutlichsten an der Wachs- tumsfront erkennbar und ist in Abb. 6 schematisch dargestellt. Die Plättchenschichten werden dort nicht nacheinander gebildet, sondern es entstehen bereits neue Schichten, bevor die darunterliegenden Plättchen zu ihrer vollen Größe herangewachsen sind. Die Plättchen wachsen zuerst besonders in a - Richtung ([100]), bis die Plättchendicke von et- wa 500 nm erreicht wird, und breiten sich dann in b- und c-Richtung aus. Noch bevor die endgültige Breite erreicht wird, bilden sich weitere darüberliegende Aragonitplättchen. Abb. 7 (a) zeigt die Bruchkante einer ” flat pearl“ 3 . Der obere Teil der Abbildung zeigt die einzelnen, pyramidenförmigen Stapel, in denen die Plättchen zwar in der Höhe, jedoch noch nicht in der Breite voll ausgebildet sind. Abb. 6: Prinzip des Wachstumsmechanismusses der ” Münzstapel“. Die [100] -Richtung steht senkrecht auf der Wachstumsfront. In den Bildteilen (a) - (e) ist der zeitliche Ablauf des Wachs- tums dargestellt. 3 Der Ausdruck ” flat pearl“ bedeutet soviel wie flache Perle. Sie besteht aus Perlmutt, das die typische ” Ziegelsteinmauer“ - Struktur aufweist. Ihre Erzeugung wird in Abschnitt 3.3 näher erläutert.

2.2 Aufbau und Struktur des Seeohrs Haliotis 11 (a) (b) Abb. 7: (a) SEM Aufnahme von der Bruchkante einer ” flat pearl“. (b) Aufsicht auf zwei ” Münzstapel“ einer flat pearl“. ” In dem unteren Teil sind die Aragonitplättchen bereits lateral zusammengewachsen. Dies wird ebenfalls in Abb. 7 (b), die zwei nah beieinander liegende Stapel zeigt, deutlich. Es existieren zwei Hypothesen, die versuchen die Biofabrikation des Perlmutts zu erklären und deren Aussagen schematisch in Abb. 8 dargestellt sind. Die Hypothese von Weiner [13] besagt, dass epitaktisches Wachstum auftritt. Chemie und Abstand der Atome der organischen Matrix wären demnach verantwortlich für die Nukleation und das Wachstum der anorganischen Kristalle in einer bestimmten Orientierung. Die andere von Schäffer et al. [28] aufgestellte Hypothese postuliert kontinuierliches Wachstum in die a - Richtung von einer Aragonitschicht in die nächste durch Poren in der interlamellaren, organischen Matrix. Dies ist ein Bereich, der im Rahmen dieser Ar- beit näher untersucht wird. Abb. 8: (a) Schematische Darstellung des epitaktischen Kristallwachstums auf der organischen Matrix. (b) Schematische Darstellung des Aragonitplättchenwachstums über Mineralbrücken.

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