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• Kristallzüchtung und Untersuchung der kristallchemischen und kristallphysikalischen Eigenschaften von Melilithen
• Finanzierung: Bereichsforschungskommission Natur- und Ingenieurwissenschaften der zentralen Forschungsförderung (ZF) der Universität Bremen, Förderlinie 06 (Explorationsprojekte)
• Projektlaufzeit: Febr.2014-Jan.2016 im Wissenschaftsschwerpunkt "Materialwissenschaften" der Universität Bremen
• Beteiligte Wissenschaftlerin: Dr. Hanna Lührs
• Zusammenarbeit: Dr. Manfred Burianek, Prof. R.X. Fischer

1 Projektidee

Mit diesem Vorhaben sollen Kristallzüchtungsmethoden an der Universität Bremen etabliert und damit verschiedene Kristalle der zukunftsträchtigen Substanzklasse der Melilithe hergestellt werden, die wegen ihrer magnetoelektrischen und multiferroischen Eigenschaften von besonderer Bedeutung sind.

2 Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens sollen zwei neue Forschungsgebiete aufgegriffen werden: Aufbau und Betrieb eines Materiallabors zur Kristall-Synthese aus Hochtemperaturschmelzen und Schmelzlösungen (Czochralski und „Top Seeded Solution Growth“ (TSSG) Verfahren) sowie die Etablierung der Forschung an der Substanzklasse der Mn-haltigen Melilithe. Die Verbindungen in der Familie der Melilithe sind wegen ihrer magnetoelektrischen und multiferroischen Eigenschaften von besonderer Bedeutung. Es handelt sich hierbei um Verbindungen, die durch Kationen und/oder Anionensubstitution vom Mineral Melilith (Ca,Na)₂(Mg,Al)Si₂O₇ abgeleitet sind. Die Mn-haltigen Verbindungen sind wegen ihrer antiferromagnetischen Eigenschaften von besonderem Interesse, konnten aber bislang nur als feinkristalline Keramiken hergestellt werden. Es ist das Ziel, Kristalle entsprechender Größe aus der Schmelze herzustellen und diese mittels Röntgen- und Neutronenbeugung (bei Hoch- und Tieftemperaturen), Thermoanalyse, IR und NMR Spektroskopie zu charakterisieren, um die Ergebnisse mit den physikalischen Eigenschaften zu korrelieren. Optische und Wärmedehnungsversuche sind im Rahmen dieses Vorhabens vorgesehen, weitergehende Untersuchungen, insbesondere der elektrooptischen und magnetischen Eigenschaften sind in einem Folgeantrag geplant. Falls die Herstellung Mn-haltiger Kristalle entsprechender Größe nicht möglich sein sollte, werden andere Verbindungen aus der Melilith Familie einbezogen. Dieses Vorhaben bietet die einmalige Chance, Methoden der Kristallzüchtung nach dem Czochralski und TSSG-Verfahren an einer deutschen Universität neu zu installieren, nachdem in den letzten Jahre mehrere Aktivitäten auf diesem Gebiet reduziert bzw. eingestellt wurden (u.a. an Universitäten Hamburg, Osnabrück, Bonn, Köln). 

Veröffentlichungen/ Publications:

Lührs, Hanna, Birkenstock, Johannes & Fischer, Reinhard X., 2014. Correction of beam-shadowing effects due to partially filled sample holders in Bragg–Brentano experiments. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 640 (15): 3088–3093,, doi:10.1002/zaac.201400270. Available online 19 September 2014.

(aus vorhergehendem Doktorandenprojekt):

Kalita, P.E., Cornelius, A., Lipinska, K., Sinogeikin, S., Fischer, Reinhard X., Lührs, Hanna & Schneider, Hartmut, 2014: High pressure behavior of 7:4 mullite and boron-substituted mullite: Compressibility and mechanisms of amorphization. Journal of the American Ceramic Society, 97(9): 2980–2989, http://dx.doi.org/10.1111/jace.13027.

Lührs, Hanna, Soellradl S., King S.P., Hanna, J.V., Konzett J., Fischer, Reinhard X. & Schneider, Hartmut, 2013. Ambient and high-pressure synthesis, composition, and crystal structure of B-mullites. Crystal Research and Technology-Journal of Experimental and Industrial Crystallography, Zeitschrift für experimentelle und technische Kristallographie, 49(1): 21-31, doi:10.1002/crat.201300210. 151. Available online 19 August 2013.

Lührs, Hanna, Seneshyn A., King S.P., Hanna, J.V. , Schneider, Hartmut & Fischer, Reinhard X., 2013. Neutron diffraction and ¹¹B solid state NMR studies of the crystal structure of B-doped mullite, 228(9): 457-466, doi: 10.1524/zkri.2013.1595 , Zeitschrift für Kristallographie. Online since 21. May 2013.

Lührs, Hanna, Fischer, Reinhard X. & Schneider, Hartmut, 2012. Boron mullite: Formation and basic characterization. Materials Research Bulletin, 47(12): 4031–4042, doi:10.1016/j.materresbull.2012.08.064. Available online 31 August 2012.

Lührs, Hanna, Derr, Jewgenij  and Fischer, Reinhard X., 2012. K and Ca exchange behavior of zeolite A. Microporous and Mesoporous Materials, 151: 457-465, doi:10.1016/j.micromeso.2011.09.025.  Available online 26 September 2011.

Fischer, Reinhard X. and Schneider, Hartmut, 2008. Crystal chemistry of borates and borosilicates with mullite-type structures: a review. European Journal of Mineralogy, 20(5): 917-933, doi:10.1127/0935-1221/2008/0020-1831.

Conference contributions

Talks

Lührs, H., Senyshyn, A., King, S.P., Hanna, J.V., Schneider, H., Fischer, R.X. (2013) Properties and crystal structure of B-mullite. 21^st annual meeting of the German Crystallographic Society, Freiberg

Lührs, H., Fischer, R.X., Schneider, H., Hanna, J.V., King, S.P. (2012) Boron in mullites – syntheses, properties and a structural puzzle. 20^th annual meeting of the German Crystallographic Society, München

Soellradl, S.  et al. (2012) Enhancing the dynamic range for high boron concentrations in low neutron capture cross-section matrices with Prompt Gamma Activation Analysis. 8th International Conference on Nuclear and Radiochemistry, Como, Italy.

Lührs, H., Fischer, R.X., Schneider, H. (2011) Boron incorporation into mullite. 5^th International Worshop on Mullite & Mullite-type Materials, Avilés, Spain.

Lührs, H., Fischer, R.X., Schneider, H. (2010) Boron incorporation into mullite. Jahrestagung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft, Münster.

Lührs, H., Derr, J., Gumbert, J., Fischer, R.X. (2010) Ion-exchange behavior of zeolite A. Gerneral meeting of the International Mineralogical Society, Budapest, Ungarn

Gumbert, J., Lührs, H., Fischer, R.X. (2009) Cation exchange in Zeolite A. 17. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie in Hannover.

Posters

Lührs, H., Fischer, R.X., Schneider, H., Hanna, J.V., King, S.P., Senyshyn, A. (2012) Boron in Mullites – a crystal-structure puzzle. European Crystallographic Meeting, European Crystallographic Association, Bergen, Norway. Awarded with the poster prize of the European Mineralogical Union.

Lührs, H., Fischer, R.X., Schneider, H. (2011) Boron Mullites. Joint Meeting German Crystallogrphic Societa, German Mineralogical Society, Austrian Mineralogical Society, Salzburg, Austria.

Lührs, H., Fischer, R.X. (2009) Ca and K exchange in Zeolite A. 87. Tagung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft in Halle.

Lührs, H., Birkenstock, J. (2007) Extended method to quantify structurally unknown phases by the Rietveld method. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie in Bremen.

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