Forschungsschwerpunkte
Angewandte Mineralogie (Schmuck- und Edelsteine)
Schmuck- und Edelsteine sind ein bedeutender Wirtschaftsfaktor der Gegenwart. Fragen zur Herkunft der Materialien und Minerale, Prozesse zur Behandlung dieser, aber auch die Herstellung synthetischer Nachahmungen werden mit materialwissenschaftlicher Kenntnis unter Anwendung geeigneter Analysetechniken geklärt.
Die Expertisen am Institut umfassen die zerstörungsfreie Materialanalyse und Identifikation, im Besonderen das Verständnis um die Entstehung von Farbvarietäten, sowie die Unterscheidbarkeit von natürlichen und synthetischen Materialien.
Topas in Weißlicht (links), Topas rot lumineszierend bei Beleuchtung mit violettem Licht 405nm (rechts)
Physikalische und chemische Kristallographie
Die Kristallographie von Mineralen ist auf die atomare Anordnung in der Kristallstruktur bzw. die Metrik des Kristallgitters und den damit im Zusammenhang stehenden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ausgerichtet.
Expertisen am Institut umfassen den Einsatz von modernen Beugungsverfahren (Röntgen, Synchrotron, Elektronen) zur Bestimmung komplexer Mineralstrukturen, zur Messung präziser gitterbezogener Parameter, sowie zur röntgenographischen Phasenidentifikation. In-situ Experimentaltechniken ermöglichen auch Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Mineralen und Phasentransformationen unter variablen P,T Bedingungen zu untersuchen.
Schematische Darstellung einer Kristallstruktur
Technische Mineralogie (Mineralische Werkstoffe)
Werk- und Baustoffe waren seit je her prägend für die Menschheitsentwicklung. Von natürlichen mineralischen Rohstoffen ausgehend steht im technischen Zeitalter die Entwicklung moderner Werkstoffe und Baumaterialien, ihre Eigenschaften und ihr Verhalten, sowie Recycling und die Wiederverwertbarkeit im Fokus materialwissenschaftlicher Forschung.
Expertisen am Institut umfassen moderne mikroporöse Werkstoffe (Zeolithe und katalytisch aktive Gerüststrukturen), high-tech Baumaterialien und ihre Herstellungsprozesse, mineralische Farbpigmente, sowie die Eigenschaften nanostrukturierter Mineralpartikel.
REM Abbildung syntetischer Zeolith
Mineralspektroskopie
Spektroskopische Verfahren sind leistungsstarke Analysetechniken zur Interpretation interner Strukturen von Mineralen, von Punktdefekten bis hin zu entstehungsbedingten mikroskaligen Wachstumstrukturen.
Expertisen am Institut umfassen den Einsatz von ortsaufgelösten Meßtechniken (Raman-, Infrarot-, Absorptions-Spektroskopie) mit Bezug zur kristallbedingten Anisotropie, die Interpretation von Strukturen wachstums- und umwandlungsbedingter Bildung oder Umwandlung von Mineralen, die kristallchemische Rolle von Wasserstoff in Mineralstrukturen, sowie optische Spektroskopie zur Farbgebung in Mineralen.
Dieses Raman-Map zeigt farbcodiert die Spannungsverteilung in einem Diamanten in der Umgebung eines Einschlusses.
Planetare Mineralogie und Astromineralogie
Die Mineralphysik unter außergewöhnlichen Umgebungsbedingungen ist die Grundlage zum Verständnis des Verhaltens von Geomaterialien und Mineralkomponenten, die am Aufbau der Planeten, Ihrer Monde aber auch von Exoplaneten maßgeblich beteiligt sind.
Expertisen am Institut umfassen die Möglichkeit experimentelle in-situ Messungen zu bewerkstelligen, die Drücke bis in den Megabarbereich ermöglichen, und gleichzeitig Temperaturvariationen abdecken von Oberflächentemperaturen auf Eismonden bis hin zum tiefen Erdinneren. Thermomechanische Eigenschaften, Phasenstabilitäten und strukturelle Transformationen unter Extrembedingungen stehen dabei im Fokus des Interesses.
Illustration "Astro-Mineralogie"
Umweltmineralogie
Die Umweltmineralogie trägt bei, das Verhalten von Elementen in Ökosystemen zu verstehen, die durch natürliche Prozesse aber auch anthropogene Tätigkeiten (Landwirtschaft, Industrie, Bergbau, Müllwirtschaft, Energieproduktion) sich in Stoffkreisläufen der Natur befinden.
Expertisen am Institut umfassen dabei die mögliche Immobilisierung von Schadstoffen oder gesundheitsschädlichen Elementen in stabilen Mineral-Wirtsphasen. Besonderer Fokus liegt dabei einerseits auf radiogene Isotope und deren Einbau in strahlungsresistenten Silikaten und Phosphaten, andererseits auf Bildungsprozesse von Schwermetallhydraten zur Bindung toxischer Schwermetalle (z.B. Thallium, Arsen).
Hammer auf kontaminiertem Boden