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by Mithursan S.

Durch welche zwei wesentliche Bestandteile wird ein Aerogel hinsichtlich seines Strukturaufbaus charakterisiert?

Feste, vernetzte Partikelketten
Poren

Warum erscheinen Silicat-Aerogele halbtransparent (als sog „gefrorener Rauch“) bzw. weisen eine milchig-blaue Farbe auf?

durch die Rayleigh Streuung

Welche besonderen Eigenschaften weisen Aerogele auf?

Hoher Schmelzpunkt: ca. 1.200 °C
Extrem geringe Dichte: etwa 0,16–500 mg/cm³
Sehr große spezifische Oberfläche
Sehr geringe Wärmeleitfähigkeit:
Sehr geringer Elastizitätsmodul
Hohe spezifische Wärmekapazität bei tiefen Temperaturen

Für welche Anwendungen werden Aerogele eingesetzt?

Wärmedämmung
Filtration
Einlagerung biologisch aktiver Stoffe
Speicherung von Gasen und Feststoffen

Was ist eine superhydrophobe Oberfläche?

eine Oberfläche, die extrem wasserabweisend ist.

Wie wird der Lotus Effekt technisch erreicht?

Erzeugung einer nanoskaligen Oberflächenstruktur
Reduktion der effektiven Kontaktfläche zwischen Wasser und Oberfläche
Kombination aus Rauigkeit und hydrophober Chemie -> Adhäsion ≪ Kohäsion des Wassers
sehr große Kontaktwinkel (α > 150–170°)

Warum perlen z.B. Wassertropfen auf einem Lotusblatt oder auf einer künstlich mittels Lotus Beschichtung versehener Oberfläche ab?

Hierarchisch strukturierte Oberfläche -> Mikroskalige Papillen
Chemisch hydrophobe Oberfläche
Sehr großer Kontaktwinkel (> 150°)
Geringe Adhäsion – hohe Kohäsion des Wassers
Keine Benetzung der Zwischenräume
Aufgrund der Oberflächenspannung kann Wasser nicht in die Räume zwischen den Papillen eindringen

Erläutern Sie den Begriff „Easy-to-clean“ Oberfläche!

mikro-/nanostrukturierte, hydrophobe Oberfläche, auf der Wasser abperlt und beim Abrollen Schmutz mitnimmt, sodass nur ein sehr geringer Reinigungsaufwand nötig ist

Welche Legierungen haben laut Energiegleichung eine hohe Entropie?

Hochentropie Legierungen (HEA)

Warum sind HEAs technologisch so interessant?

komplex zusammengesetzte Werkstoffsysteme aus mehreren Hauptelementen
Eigenschaften sind nahezu beliebig und auch komplementär einstellbar.

Wie lautet die Definition von Hochentropie Legierungen basierend auf der Zusammensetzung?

Mischkristalllegierungen, die typischerweise aus fünf oder mehr metallischen Hauptelementen bestehen, deren Legierungsanteile (nahezu) gleich groß sind, jedes Hauptelement einen atomaren Anteil von etwa 5–35 at-% besitzt,nur eine thermodynamisch stabile Phase bilden (keine intermetallischen Phasen).

Wie lautet die Definition von Hochentropie Legierungen basierend auf dem Mischentropiewert ∆Smix (R)?

ΔSₘᵢₓ > 1,6 R → Hochentropie-Legierung (HEA)

Welche vier Kern-Effekte weisen HEAs auf?

Hochentropie Effekt
Strukturelle Gitterverzerrung
Cocktail Effekt (der Eigenschaften)
Träge Diffusion

Bei welcher Art von Tumoren wird die Nano-Eisenpartikel Therapie üblicherweise angewendet?

Insbesondere bei schnell wachsenden, bösartigen Tumoren,insbesondere bei Glioblastomen, angewendet

Aufgrund welcher Systemeigenschaft eignen sich Nanopartikel besonders für diese Art der Therapie?

Eisen NP durchdringen wegen ihrer geringen Größe auch feinste Geweberegionen

Bitte erläutern Sie anhand des physiologischen Ablaufs, wie Nano-Eisenpartikel gegen Krebstumore eingesetzt werden!

Krebszellen erkennen NP als Nährstoff und nehmen ihn in sich auf.
Magnetisches Wechselfeld (Induktion) erwärmt Eisen NP auf 45 - 47°C -> Krebszellen sterben ab

Über welchen werkstoffspezifischen Mechanismus kann man die Bewegung der Nano-Eisenpartikel im Organismus verfolgen? Wie lässt sich die Bewegung der Nano-Eisenpartikel im Organismus außerdem steuern?

Magnetismus ermöglicht Lenkung des Partikels und Erwärmung im Magnetfeld
Licht interagiert mit den Elektronen und bringt diese zum Oszillieren -> Das eintreffende Licht wird dadurch stark absorbiert und gestreut

Welche Maßnahme muss für die Partikel getroffen werden, damit diese nicht durch Abgabe von Ionen toxisch im Organismus reagieren?

2 nm Schicht aus SiO2 (keine Funktionsbeeinträchtigung, kein Ionendurchlass, transparent)

Was verstehen Sie unter dem Riblet Effekt?

Reibungsreduktion durch mikroskopische, strömungsparallel ausgerichtete Rillenstrukturen auf einer Oberfläche

Welches Tier macht sich den Riblet-Effekt zunutze?

Hai kann durch Riblet-Struktur schnell und mit geringer Kraftaufwendung schwimmen

Für welche Anwendungen lässt sich der Ribelt Effekt nutzen?

Riblet-Folien oder strukturierte Oberflächen -> Senkung der Wandreizung bis zu ca. 8,5 %
Reduzierter Treibstoffverbrauch und CO₂-Ausstoß
Höhere Fahr-/Fluggeschwindigkeiten
Geringere Vereisung an Flugzeugen und Windrädern

Wozu werden TiO2- Schichten eingesetzt?

wegen ihres photokatalytischen Selbstreinigungseffekts eingesetzt

Erläutern Sie den Effekt der photokatalytischen Selbstreinigung!

Lichtabsorption im Halbleiter
Trifft Licht mit ausreichender Energie auf die Schicht (Photonenergie > Bandlücke), entstehen Elektron-Loch-Paare.
Wanderung der Ladungsträger zur Oberfläche
Bildung reaktiver Radikale
Die Radikale zersetzen organische Verunreinigungen auf der Oberfläche zuCO₂, H₂O und anderen harmlosen Stoffen.

Welchen zusätzliche Nutzen hat der Effekt der photokatalytischen Selbstreinigung für Glasoberflächen?

Wasser bildet einen dünnen Film statt Tropfen und spült die zersetzten Schmutzreste a
Saubere & antimikrobiell wirkende Oberflächen

Muschelschalen aus Perlmutt (z.B. Austern) sind äußerst stabil und widerstandsfähig. Welcher besondere Aufbau trägt zu dieser Eigenschaft bei und welche Einzelfunktionen haben die beiden Komponenten jeweils?