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Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral ...

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1 Einleitung<br />

Perlmutt, das Material, aus dem die innere, schimmernde Schicht (siehe Abb. 1) der<br />

Schalen vieler Schnecken und Muscheln aufgebaut ist, entsteht durch Biomineralisations-<br />

prozesse. Unter dem Begriff Biomineralisation versteht man die natürlichen Prozesse, bei<br />

denen lebende Organismen aus bioorganischen und anorganischen, kristallinen Stoffen<br />

Verbundmaterialien bilden, die im Nanometerbereich eine hohe Ordnung aufweisen.<br />

Beispiele für dabei verwendete <strong>Mineral</strong>ien sind Kalziumkarbonat CaCO3, Siliziumdioxid<br />

SiO2 und Hydroxylapatit. Kalziumkarbonat spielt bei der Bildung von Schnecken- und<br />

Muschelschalen und Korallen eine wesentliche Rolle; Siliziumdioxid tritt in Kieselalgen<br />

und einigen Bakterien auf und Hydroxylapatit macht einen großen Anteil <strong>des</strong> anorgani-<br />

schen Materials in Knochen aus.<br />

Durch die Kombination solcher <strong>Mineral</strong>ien mit organischen Stoffen wird ein Verbund-<br />

material gebildet, das sehr viel stabiler und elastischer ist als das Volumenmaterial <strong>des</strong><br />

<strong>Mineral</strong>s. Somit eignet sich ein solches Material vor allem für schützende und stützende<br />

Strukturen.<br />

(a) (b)<br />

Abb. 1: Schale einer Schnecke der Gattung Haliotis laevigata. (a) In der Innenseite der Schale<br />

liegende, schimmernde Perlmuttschicht. (b) Aus Calcit bestehende Außenseite der Schale.<br />

Der mineralische Anteil <strong>des</strong> Verbundmaterials Perlmutt besteht aus dem CaCO3 -<br />

Polymorph Aragonit. Dieses liegt in Form pseudohexagonaler [1] Plättchen (Durchmesser:<br />

(5 - 10)µm, Dicke: 500 nm) vor, die in organisches Material, die organische Matrix, einge-<br />

bettet sind. Der Aufbau <strong>des</strong> Perlmutts ist vergleichbar mit dem einer Ziegelsteinmauer:<br />

Die ” Steine“ bestehen aus Aragonit und der ” Mörtel“ aus organischem Material. Diese<br />

besondere Struktur <strong>des</strong> Perlmutt bestimmt sein mechanisches Verhalten in einem hohen<br />

Maße. Durch den Verbund <strong>des</strong> harten, jedoch brüchigen Aragonits mit dem weichen, aber<br />

elastischen organischen Material besitzt Perlmutt eine etwa drei Größenordnungen höhere<br />

Bruchfestigkeit als purer Aragonit [2]. Sein Elastizitätsmodul liegt zwischen 50 GPa und<br />

70 GPa ([3, 4]). Durch die Komposition von <strong>Mineral</strong> und organischen Schichten ist es der<br />

1

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