Projektdetails

BMLFUW101009
07.11.2014
08.09.2017
beendet
ERA-NET Wood Wisdom: Wood-based Aerogels
-
184.782,00
Programm für Forschung und Entwicklung im Lebensministerium
nein

beteiligte Personen/Organisationen

RolleLfnrName
Auftraggeber1Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (bis 07.01.2018)
Auftragnehmer1Universität für Bodenkultur Wien (BOKU)

zugeordnete Wissenschaftszweige

Wissenschaftszweige
Werkstofftechnik

Abstract deutsch

Ziel des AEROWOOD-Projektes ist die Entwicklung von neuen Verfahren zur Herstellung hochporöser, ultraleichter Aerogele aus dem mengenmäßig bedeutsamsten nachwachsenden Rohstoff Holz sowie dessen polymeren Hauptbestandteilen Zellulose, Hemizellulose, und Lignin. Systematische Untersuchungen zu den Wechselbeziehungen zwischen chemischer Struktur der Ausgangsmaterialien, deren Lösungs-, Vernetzungs-, Koagulations- sowie Trocknungsverhalten und den Eigenschaften der hergestellten Materialien sollen zum besseren Verständnis der Mechanismen der Bildung entsprechender Hydro-, Organo-, Aero- oder Carbogele beitragen. Es wird erwartet dass auf Grundlage der Ergebnisse dieser Arbeiten künftig Aero- und Carbogele hergestellt werden können, deren Eigenschaften sich anwendungsspezifisch einstellen lassen. Darüber hinaus sollen neue Verfahren entwickelt werden mit deren Hilfe die hochporösen Materialien mechanisch verstärkt, mit bioaktiven Verbindungen modifiziert, mit funktionellen Verpackungskomponenten kombiniert und mit Quantumdots oder Sensormolekülen kovalent funktionalisiert werden können. Mit dem Fokus auf biomedizinischen Anwendungen sowie der Entwicklung intelligenter, aktiver Verpackungsmaterialien sollen diese Verfahren erprobt und weiter verbessert werden. Die Rolle des österreichischen Partners im AEROWOOD-Projekt besteht in der Leitung von WP 4 „Lignin-basierende Hydro, Aero- und Carbon-Aerogele“ und Mitarbeit in WP 2 „Cellulose-basierende Aerogele“. Hauptziele von WP 4 sind die (Weiter)-Entwicklung von nanoporösen Lignin-Aerogelen bzw. deren Überführung in Kohlenstoff-Aerogele. Durch Entwicklung neuer Aktivierungs-, Vernetzungs- und Pyrolysetechniken sollen Möglichkeiten zur gezielten Einstellung anwendungsrelevanter Parameter wie Porosität, Porengeometrie, Porengrößenverteilung, spezifische Oberfläche, Netzwerkstruktur oder mechanische Eigenschaften untersucht und für ausgewählte Anwendungen optimiert werden. Während bei den Lignin-Aerogelen ein Anwendungsfokus zunächst auf der thermischen Hochleistungsisolation liegt, sollen parallel andere Materialien mittels Hochtemperaturpyrolyse in Kohlenstoff-Aerogele überführt werden, deren Einsatz als Elektrodenmaterial in ausgewählten elektrochemischen Anwendungen geprüft wird. Im AEROWOOD Arbeitspaket WP 2 sollen darüber hinaus Verfahren zur Herstellung semitransparenter Cellulose-Aerogele und deren Funktionalisierung mit kovalent immobilisierten core/shell Quantumdots (QDs) entwickelt werden, die ein großes Anwendungsspektrum in der Optoelektronik, Photovoltaik, 3D-Displaytechnik, oder biomedizinischen Sensorik aufweisen. Durch Verwendung von QD-Bestandteilen signifikant geringerer Toxizität (Kupfer, Indium, Zink) sowie der kovalenten Immobilisierung von QDs soll das im Zusammenhang mit lungengängigen Nanopartikeln stehende potentielle Gesundheitsrisiko für Anwender deutlich verringert werden.

Abstract englisch

The AEROWOOD project will study ways to prepare novel highly porous and lightweight aerogel materials derived from wood. The project will work on all major wood components (cellulose, hemicelluloses, and lignin), as well as on whole wood and unbleached pulp. The aim is to find new possibilities for valorisation of lignocellulosics to value-added advanced functional materials. The special emphasis will be given on systematic structure-function relation studies. New ways of introducing reinforcements, bioactive compounds, functional packaging constituents, quantum dots, and sensing moieties to the aerogel matrixes will be initially explored and finally exploited. The Austrian project partner will contribute to workpackage WP2 “Cellulose Aerogels” (leading WP 2.5-2.7) and will be in charge for WP 4 “Lignin-based Hydro-, Aero- and Carbon Aerogels. Main goals of WP 4 are the development of nanoporous lignin aerogels and their conversion to carbon aerogels. Novel techniques of lignin activation, cross-linking, and pyrolysis will be explored to tailor respective material properties (porosity, pore geometry, pore size distribution, specific surface area, network structure, and mechanical strength) for particular applications. While the focus with regard to application is on high-perfomance thermal insulation for the lignin aerogels, it will be the use as electrode materials in electrochemical applications for the respective carbon aerogels. The planned work of the Austrian partner in WP 2 comprises mainly the development of suitable approaches for the preparation of (translucent) cellulose aerogels and their functionalization with covalently immobilized core/shell quantum dots (QD). Cellulose-QD composite aerogels are considered to have a broad application potential such as in optoelectronics, photovoltaics, true 3D displays or biomedical sensors. Using comparatively low toxic second generation QD constituents (Cu, In, Zn, e.g.) and by immobilization of QDs at the cellulose surface, the potential health risk related to inhalable nanoparticles will be significantly reduced.