Mesoskopisch strukturierte Kompositfasern für die Separation und Immobilisierung von Partikeln

Titelangaben

Burgard, Matthias Florian:
Mesoskopisch strukturierte Kompositfasern für die Separation und Immobilisierung von Partikeln.
Bayreuth , 2019 . - III, 118 S.
( Dissertation, 2019 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00004203

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Abstract

If hierarchical structures interact over several orders of magnitude in size, one talks about mesostructured systems. Due to the potential for synergetic performances, objective of this work was to artificially synthesize and analyze mesostructured fiber networks. The background of this synergetic effect relies in the nanostructure which could boost the performance of fibrous networks significantly. To consolidate the comprehension of the structure-property relationship in such networks, the two mainly applied mechanical methods of measurements on single nanofibers (tensile tests and atomic force microscopy) were examined and brought to matchable results for the first time. The mesoscopic structuring was achieved by combining electrospun fibers with self-assembled fibers into 1 major system and to efficiently use them for the immobilization and separation of particles. On the one hand, novel filter systems were achieved with quality factors (ratio between efficiency and energy consumption) one order of magnitude higher than comparable systems as HEPA filters. On the other hand, gold nanoparticles were well-arranged immobilized inside of a catalysis platform with tea-bag-like properties, so that no aging was observed over several reaction cycles. At the same time, the reaction speed of this system was 4-times higher by applying 60-times less gold compared to earlier systems.

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Wenn hierarchisch aufgebaute Materialstrukturen über mehrere Größenordnungen (beispielsweise vom Nanometerbereich bis zum Zentimeterbereich) zusammenwirken, bezeichnet man dies als ein mesostrukturiertes System. Ziel dieser Arbeit ist es, solche Strukturierungen bei Fasernetzwerken künstlich herzustellen und auf einen
synergetischen Effekt hin zu untersuchen. Dieser Effekt soll durch die dimensionsübergreifende Strukturierung einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Materialsystemen (wie Faservliese) haben. Um das Verständnis zu diesen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auszubauen, wurden mechanische Messmethoden an Einzelfasern untersucht und erstmals die 2 meistverwendeten Methoden (Zugversuche und Rasterkraftmikroskopie) vergleichbar gemacht. Für die mesoskopische Strukturierung wurden elektrogesponnene Fasern mit selbstassemblierenden Fasern zu einem System verbunden und erfolgreich zur Immobilisierung und Separation von Partikeln verwendet. Es wurden neuartige Filtersysteme entworfen, mit Qualitätsfaktoren (Quotient aus Effizienz und Energieverbrauch) die eine Größenordnung über vergleichbarer Systeme liegen, wie beispielsweise HEPA Filter. Zusätzlich wurden Goldnanopartikel geordnet in ein teebeutelartiges Katalysesystem eingebunden, wodurch diese keine Alterung während mehrerer Katalysezyklen zeigten und zusätzlich ca. 4-Mal schnellere Reaktionszeiten aufwiesen als vorangegangen Systeme mit einem 60-Mal höheren Goldgehalt.