Le laser est devenu un outil très riche depuis sa création en 1960. Ses applications sont très variées et il a intégré tous nos outils du quotidien. Décliné sous leur forme impulsionnelle, les lasers se sont encore ouverts d'autres champs d'application tels que l'usinage, la découpe, le marquage ou le nettoyage de matériaux; ou encore la médecine et le bien-être et également les capteurs et notamment les capteurs embarqués. Les lasers impulsionnels à déclenchement passif (Q-Switch) sont tout particulièrement adaptés à ce dernier champ d'application de par leur suffisance énergétique, utilisant l'énergie du laser lui-même pour créer des impulsions lasers très énergétiques dont la durée est de l'ordre de la nanoseconde. Les lasers réalisés sur substrat de verre se sont avérés également très adaptés à la fabrication de dispositifs de captation embarquée : ils montrent une grande stabilité, de fortes résistances mécanique et chimique les rendant utilisables dans un large panel de conditions environnementales. A l'IMEP-LaHC, des lasers réalisés par échange d'ions argent/sodium dans des substrats de verre phosphate dopés à l'erbium et à l'ytterbium ont été réalisés. Des lasers impulsionnels ont également été réalisés en utilisant cette technologie de guides d'ondes planaires en interaction avec des couches minces d'acétate de cellulose dopé à un colorant nommé BDN possédant les propriétés d'absorption saturable nécessaires à la naissance d'un comportement Q-Switch. Ces lasers permettent déjà de s’orienter vers la captation embarquée. Cependant, certaines applications nécessitent encore plus de puissance et surtout une meilleure résistance à l'environnement que celle proposée par l'acétate de cellulose. Afin de répondre à toutes ces attentes, nous présentons dans ce manuscrit la fabrication d’absorbants saturables à partir de matrices sol-gel et dopées au BDN afin de créer des guides d'ondes absorbants saturables. Des méthodes de caractérisation et des simulations spécifiques d’absorption saturable sont développés afin de décrire le comportement de tels dispositifs et d’évaluer la pertinence du choix de telles matrices alliées au colorant BDN afin de créer des lasers Q-Switch en optique intégrée sur verre. / Since its creation in 1960, laser has become a really useful tool. Lasers are very versatile and they has become part of many of our everyday life tools. Coming in their pulsed form, lasers have opened-up others fields of application such as machining, cutting, marking or cleaning materials; or medicine and well-being and also sensors and in particular embedded sensors. Passively Q-Switched lasers are particularly adapted to this last field of application thanks to their energetic self-sufficiency, using the energy of the laser itself to create very energetic laser pulses whose duration order is about the nanosecond. The lasers made on optical glass wafers have also proved very suitable for the manufacture of on-board sensing devices: they show great stability, strong mechanical and chemical resistance, making them usable in a wide range of environmental conditions. At IMEP-LaHC, lasers made by silver / sodium ion exchange in erbium and ytterbium doped phosphate glasses were made. Pulsed lasers have also been realized using this planar waveguide technology in interaction with thin films of cellulose acetate doped with a dye named BDN, having the saturable absorption properties needed for the emergence of Q –Switch operation. These lasers can already address on-board sensing applications. However, some applications require even more power and above all a better environmental resistance than that proposed by cellulose acetate. In order to meet all these expectations, we present in this manuscript the production of saturable absorbers from BDN-doped sol-gel matrices to create saturable absorber waveguides. Specific characterization methods and saturable absorption simulations are developed to describe the operation of such devices and to evaluate the relevance of the choice of such matrices allied with BDN dye in order to create glass integrated Q-Switched lasers.

L'objectif de cette thèse a été de démontrer la pertinence du procédé sol-gel photoinduit pour la synthèse de films nanocomposites originaux à partir de précurseurs hybrides mono- et bis-silylés. Bien que mentionné dans la littérature, ce procédé basé sur une catalyse via des super-acides de Bronsted créés par la photolyse d'un photogénérateur d'acides reste à ce jour très marginal. Selon la nature des précurseurs mis en oeuvre, la photopolymérisation sol-gel a parfois été combinée à une photopolymérisation organique pour mener à l'obtention en une seule étape de réseaux hybrides organique-inorganique. Au cours de ces travaux, l'accent a tout d'abord été mis sur la caractérisation structurale des matériaux synthétisés. Pour cela, des mesures par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, résonance magnétique nucléaire du 29Si et du 13C en phase solide et diffraction des rayons X ont été réalisées. Ces études ont permis de révéler les nombreux avantages liés à la voie photochimique tels que la forte réactivité, le caractère vivant de la réaction, l'absence d'eau ou de solvant et l'obtention de matériaux organisés à l'échelle locale. Enfin, l'originalité de cette étude a également résidé dans la mise en œuvre de nombreuses techniques de caractérisation thermo-mécanique des films : analyse mécanique dynamique, calorimétrie différentielle à balayage, nanoindentation, tribologie et tests de résistance à la rayure. L'influence de la nature chimique de la fonctionnalité organique du précurseur employé a ainsi pu être soulignée et des corrélations entre microstructure et propriétés finales des matériaux photopolymérisés ont été établies. / The present work questioned the interest of sol-gel photopolymerization as a novel route to synthesize nanocomposite films from hybrid mono- and bis-silylated precursors. The potentialities of this process that is based on a catalysis promoted by photogenerated Bronsted superacids have been poorly investigated so far. Depending on the precursor nature, the sol-gel photopolymerization was possibly combined with an organic photopolymerization in a view to generate the dual crosslinking of the organic and inorganic networks in a single step. A first aspect of this work concemed the structural properties of the hybrid films: Fourier transformed IR spectroscopy, 29Si and 13C solid state Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy and X-rays analysis were thus implemented. These experiments highlighted the numerous advantages of the photoinduced sol-gel process: its high reactivity, its living character, the absence of water or solvent and the local organization in the resulting films. Finally, the thermo-mechanical properties of the UV­ cured materials were assessed by using a wide range of characterization techniques: dynamic mechanical analysis, differentia!scanning calorimetry, nanoindentation, tribological and scratch tests. The effect of the organic moiety functionality of the precursors was thus evidenced and relationships between microstructure and properties ofthe hybrid films were established.

Tato práce se zabývá systematickou studií syntézy a zpracováním pokročilých tepelně stabilních aerogelů pro potenciální vysokoteplotní aplikace. V první části dizertační práce jsou podrobně popsány syntetické implikace pro přípravu aerogelů a jejich aplikace spolu s popisem depozičních metod povlaků vytvořených pomocí sol-gel procesu. Experimentální postup je rozdělen do tří částí. První z nich představuje syntetické protokoly k přípravě ZrO2, YSZ, Ln2Zr2O7 (Ln = La3+, Nd3+, Gd3+, and Dy3+) aerogelů, Ln2Zr2O7 prášků a xerogelů. Dále je popsána depoziční metoda, která byla použita pro přípravu povlaků z aerogelů na kovových substrátech. Poté jsou následně specifikovány techniky, jež byly použity pro charakterizaci. Bylo zjištěno, že množství vody a kyseliny dusičné hraje rozhodující roli v přípravě gelů vhodných pro transformaci na aerogely. Po kalcinaci při 500 °C mají ZrO2 a YSZ aerogely velký povrch, a to až do 114 m2 g-1, avšak při 1000 °C dochází k úplnému zhuštění a ztrácí se tak veškerá jejich porézní struktura. Naopak ve srovnání s ZrO2 and YSZ jsou aerogely Ln2Zr2O7 tepelně stabilnější, protože si zachovávají svou porozitu při vyšší kalcinační teplotě (1000 °C), při které dosahují hodnot > 160 m2 g-1. Experimentálně bylo dále zjištěno, že ve studovaném teplotním rozsahu ZrO2 aerogel tvoří tetragonální komplex monoklinický fázový přechod řízený velikostí krystalitů, zatímco YSZ je tvořena jedinou tetragonální fází. Fázové složení zirkoničitanů vzácných zemin je vysoce závislé na způsobu syntézy; všechny Ln2Zr2O7 materiály jsou pyrochlorické nebo fluoritové krystalické fáze. Přímým odléváním aerogelu na kovový substrát dochází k úplnému rozpraskání povlaku z důvodu smršťování, zatímco máčením kovového substrátu v suspenzi je možné vyrobit homogenní, silné a hrubé povlaky z aerogelu. Tyto povlaky neobsahují fázové změny a zůstávají vysoce porézní i po různých tepelných úpravách.

Polyorganosilany spadají do skupiny hybridních materiálů třídy II, které nabízejí nové možnosti materiálových funkcí a jejich vlastností. Ačkoliv byly v této kategorii již některé materiály zkoumány a stejně tak i jejich aplikace, nebyly doposud vlákna na základě polyorganosilanu v mikro a nano rozměru popsány což bylo motivací pro tuto práci. Předkládaná diplomová práce se zabývá podrobným zkoumáním poly(vinylmethyldimethoxysilanu) jako možného prekurzoru pro elektrostatické zvlákňování. Za účelem přípravy polymeru na bázi vinylmethylsilanu byla provedena radikálová polymerace a podmínky reakce byly modifikovány se záměrem změny molekulové hmotnosti získaného polymeru. Stupeň polymerace byl upravován na základě změny koncentrace iniciátoru a byl stanovován dynamickým rozptylem světla v roztoku polymeru a spektroskopickou metodou nukleární magnetické rezonance. Elektrostatické zvlákňování je velkou měrou spojeno s vlastnostmi roztoku a důraz byl proto kladen právě na zjištění těchto vlastností. Na základě experimentů bylo zjištěno, že syntetizovaný polymer je na přípravu vláken vhodný. Nicméně byly získány i fragmenty vláken a to s využitím polymeru v roztoku methanolu. Předpokladem zvlákňování je dostatek propojení mezi polymerními řetězci. Tento přístup byl studován se zapojením sol-gel postupu a bylo zjištěno, že fáze sol-gel procesu je velmi významná s ohledem na tvorbu vláken. Dalším využitým postupem pro získání vláken bylo začlenění dalšího polymeru do směsi jako nosiče a tímto postupem byla získána vlákna s různým průměrem.

Hlavním cílem předložené diplomové práce byla příprava, charakterizace a reologická studie "inteligentních" injektovatelných hydrogelů, které jsou biodegradovatelné, biokompatibilní a s řízenou životností sestávajících se z hydrofilního polyethylenglykolu (PEG) a hydrofobního kopolymeru kyseliny polymléčné a polyglykolové (PLA/PGA). Výsledný termosenzitivní PLGA–PEG–PLGA kopolymer, který geluje při teplotě lidského těla, byl dále funkcionalizován anhydridem kyseliny itakonové získané z obnovitelných zdrojů, přinášející jak reaktivní dvojné vazby tak i funkční –COOH skupiny na konce kopolymeru. Navíc byl PLGA–PEG–PLGA kopolymer modifikován bioaktivním anorganickým hydroxyapatitem pro použití jako injektovatelné kostní adhezivum. Oba modifikované kopolymery jak ITA/PLGA–PEG–PLGA/ITA tak i PLGA–PEG–PLGA/HAp ovlivňují reologické vlastnosti původního PLGA—PEG—PLGA kopolymeru rozhodující o tom, zda by mohly být nové polymerní materiály vhodné jako injektovatelné nosiče léčiv nebo kostní lepidla v lékařských aplikacích. Experimentální část této práce je zaměřena především na charakterizaci viskoelastických vlastností jak nemodifikovaného PLGA—PEG—PLGA kopolymeru tak i s přidáním ITA nebo HAp metodou obrácených testovacích vialek (TTIM) a dynamickou reologickou analýzou. Výhodou TTIM je vizualizace přechodu sol-gel, určení kritické gelační teploty a kritické gelační koncentrace. Reologická měření poskytují informace o viskozitě a vizkoelasticitě gelu změnou elastického (G´) a ztrátového (G´´) modulu. Připravené kopolymery byly také charakterizovány 1H NMR a GPC. Povrch a velikost částic HAp byl popsán pomocí SEM a laserového analyzátoru částic. Původní PLGA—PEG—PLGA kopolymer i kopolymer modifikovaný ITA a HAp vykazovaly sol-gel přechod vyvolaný zvýšením teploty. Reologické vlastnosti kopolymerů v koncentračním rozmezí 6 až 24 hm. % ve vodě byly studovány buď TTIM nebo užitím reometru a získané výsledky spolu velmi dobře korespondovaly. Reologické vyhodnocení prokázalo dvě „překřížení“, kde G´ =G´´. První překřížení velmi dobře korespondovalo s prvním sol-gel přechodem nalezeným prostřednictvím TTIM. Maximální hodnota G´ odpovídající nejvyšší tuhosti polymerního gelu byla situována v bílém gelu. Druhý fázový přechod představuje přechod mezi gelem a suspenzí, kdy je bílý polymer oddělen od vody. Tuhost gelu roste s rostoucí koncentrací polymeru ve vodě. Pro srovnání, kopolymer modifikován jak ITA, tak i přidáním HAp (0, 10, 20, 30, 40, 50 hm %) vykázal zvýšení tuhosti gelu oproti původnímu kopolymeru PLGA–PEG–PLGA a přiblížení teploty maximální hodnoty G´ tělesné teplotě (37 °C). Bylo prokázáno, že jak ITA/PLGA–PEG–PLGA/ITA kopolymer tak i PLGA—PEG—PLGA/HAp kompozit jsou vhodnými kandidáty na injekovatelné systémy pro řízené uvolňování léčiv či kostní adhezivum pro ortopedii nebo zubní aplikace.

The subject of this doctoral thesis was to elucidate the mechanism of reaction leading to the formation of dicalcium silicate (C2S), its solid solutions and other phosphatic calcium silicate phases using the sol-gel method of synthesis. SiO2 (Tosil A), CaO (calcium nitrate tetra-hydrate) and H3PO4 (as a source of P2O5) were used as starting materials. Series of samples with different content of P2O5 were synthesized. The characterization of Tosil A and samples was based on the following methods: DTA/TGA and EGA, XRD and SEM and EDS analy-ses. It is known, that phosphorous oxide can enter the structure of C2S and possibly form solid solutions and different phosphatic calcium silicate phases in C2SâC3P system. Depending on the P2O5 concentration in mixtures, three distinct phases are formed: larnite (2CaOâSiO2), Ca14,92(PO4)2,35(SiO4)5,65 and 5CaOâSiO2âP2O5, as detected by XRD. Local microanalysis de-monstrated the presence of calcium phosphate epicenters (C3P) containing SiO2, calcium sili-cate (C2S) zones with minimum content of P2O5 and intermediary areas of various phosphatic calcium silicates. The formation of two distinct islets of C2S and C3P is due the affinity of acid oxides (SiO2, P2O5) towards the basic one (CaO) during the sol-gel process. Then, the formation of various phosphatic calcium silicates results from the diffusion of P2O5 and SiO2 towards calcium silicate and calcium phosphate, respectively.

Résumé confidentiel. Non communicable / Résumé confidentiel. Non communicable

<p><strong>Apstrakt je obrađen tehnologijama za optičko prepoznavanje teksta (OCR).</strong></p><p>Mehanizam nastanka mulita zavisi od načina doziranja polaznih oblika reaktanata kao &scaron;to su alumina i silika. Dobijanje mulita sol-gel postupkom je u velikoj meri pobolj&scaron;ano u odnosu na klasično procesiranje zbog mogućnosti homogenog me&scaron;anja AI₂O₃ i SiO₂ komponenti i kontrole dodataka. Sol-gel metod omogućuje pripremu vrlo homogenih i reaktivnih gelova koji mogu da sinteruju na nižim temperaturama pri čemu se može postići vrlo fina mikrostruktura. U ovom radu koji se odnosio na procesiranje mulita sol-gel postupkom, hipoteza je bila da se na samom početku procesiranja aluminijumovi joni iz alkoholnog rastvora Al-soli uključuju u polimernu gel strukturu koju formira silika. Svrha ovog rada, je proučavanje uticaja procesnih promenjivih, dodatka fluornog jona i &ldquo;seedinga&rdquo; na temperaturu nastanka sol-gel mulita pri čemu se očekuje &scaron;to je moguće niža tempertura nastanka mulita (niža od 980⁰C). Polimerni sol je dobijen u prvom slučaju me&scaron;anjem TEOS-a i aluminijum nitrata nanohidrata koji je prethodno rastvoren u etil alkoholu. U drugom slučaju, u polimerni sol je dodavan fluorni jon u koncentraciji 2 do 5 % mas. u odnosu na očekivani prinos mulita i u trećem slučaju je dodavana različita količina mulitnih klica (2-4 % mas.). Eksperimantalno je potvrđeno da procesne promenljive; pH, temperatura geliranja i R odnos imaju, veliki uticaj na brzinu geliranja i na nastanak mulita. U slučaju dodavanja fluornog jona, potvrdena je hipoteza da fluorni jona na različite načine utiče na mehanizam nastanka mulita, pri čemu u prvom slučaju prisustvo fluornog jona obezbeduje mesta u oblastima razdvajanja granica faza nakon geliranja koja utiču na proces nukleacije. Ova mesta slično procesu kristalizacije stakla, omogućuju lak&scaron;u nukleaciju mulita prilikom njegove transformacije iz gela. Mesta na granici razdvanja faza postaju mesta na kojima se uspostavlja proces heterogene nukleacije &scaron;to je jedan od mogućih načina za snižavanje temperature nastanka mulita. Pored ovoga, dodavanje fluornog jona je doprinelo promeni mulitnih gel struktura, pri čemu je promena brzine hidrolize silike imala za posledicu promenu sadržaja vezane vode u toku geliranja &scaron;to se takođe značajno odražavalo na temperaturu nastanka mulita. Eksperimentalni rezultati termički obradenih gelova su pokazali, da dodavanje lluornog jona u polimerni mulitni sol stvara uslove za snižavanje temperature obrazovanja mulita sve do 890⁰C. U ovom radu je takođe pokazano da mulitne čestice, kao nukleanti pri &ldquo;seeding&quot; procesiranju, doprinose nastanku mulitnog gela koji nakon termičke obrade na 1000⁰C pokazuje veoma finu mikrostrukturu.</p> / <p><strong>Abstract was processed by technology for Optical character recognition (OCR).</strong></p><p>The mechanism of mullite formation depends upon the method of combining the alumina and silica containing reactants. Mullite can be obtained through the sol-gel process and can be greatly improved by the control of some reaction conditions particulaiiy by homogeneous mixing of Al2O3 and SiO2, and controlling of the additions. Sol-gel method allow preparation of very homogenous and reactive gels which can be sintering at low temperature and consequently submicronic microstructure can be reached. In this study of the mullite formation by sol-gel method, the hypothesis was that aluminium ions from alcoholic solulion of its salts incorporate to polymeric silica gel structure. The aim of this work was the investigation of the effect processing variables, fluorine addition and &ldquo;seeding&rdquo;on the temperature of sol-gel mullite formation and to obtain as lower temperature of mullite formation as possible (smaller than 980&deg;C). Polymeric sols, were prepared by the mixing of TEOS and aluminum nitrate nanohydrate dissolved in absolute ethyl alcohol and by adding fluorine ions in the second case from 2 wt.% to 5 wt.% and by different content of mullite seeded (2- 4 wt. %). Experimentally is determined that the processing variables as pH, gelling temperature and R ratio have high influence on the gelling rate and mullite formation. The hypothesis in the case of fluorine addition was that addition of fluorine ions could have different effects on the mechanism of mullite formation; the first it makes the sites at boundary of phase separation regions after gelling which influence at the process of the nucleation. These sites will act as a place for easy mullite nucleation, similar to process of the glass crystallization. The boundaries of the phase separation are the sites for heterogeneous nucleation which is one of the condition for lowering the temperature of mullite formation. Besides, fluorine addition could change the mullite gel structure (by changing the rate of hydrolyses of silica and it could change the content of bonded water during gelling), which should be very important for the temperature of mullite formation, too. The experimental results of heat treated gels showed that the addition of fluorine ion does decrease the temperature of mullite formation (in respect to classical sol-gel mullite processing) up to 8900C. As a nucleant in this study the mullite powder by &ldquo;seeding&rdquo; process contribute to muillite gel formation that after heat treatment up to 10000C showed very fine microstructure.</p>

The purpose of this work was to investigate ways to modify Silex sol-gel deposition of PZT (PbZrxTi(1-x)O3, Lead Zirconate Titanate) in order to improve its properties for energy harvesting applications. A number of methods to improve the figure of merit for energy harvesting (FOM= e312/ε), cause self-polarization, increase lifetime, reduce cost, increase throughput or simplify processing were tested. In order to create a barrier preventing lead diffusion into the substrate, a method to oxidize the bottom electrode’s Ti adhesion layer into TiO2 by RTA (Rapid Thermal Anneal) was tested. Oxidation was successfully achieved and was found to aid in self-polarization, thereby increasing the FOM for films without post-processing polarization. An extended lifetime is expected, but has not yet been confirmed by testing. A seed layer of a different material was tested and compared to a PZT-based seed layer. The new seed layer was found to give highly (100) crystalline PZT with improved self-polarized e31,f and FOM. The new seed layer was also found to be less sensitive to processing variations. Oxygen control during crystallization of the PZT was used in an attempt to generate PZT layers with oxygen vacancies. These hypoxic layers were intended to polarize the film, but were found to reduce the FOM and lead to partial delamination of the film due to stress. A different type of PZT sol-gel was tested as an alternative to the PZT sol-gel in use at Silex. The tested solution was found to result in PZT films with similar properties to those generated by the original type, but the tested type allowed for single layer thicknesses nearly three times thicker than the original type, thereby increasing the throughput and reducing manufacturing costs. / Arbetet undersöker metoder att modifiera Silex sol-gel deponeringsprocess för PZT (PbZrxTi(1-x)O3, blyzirconiumtitanat) i syfte att att förbättra dess egenskaper för energy harvesting. Ett antal metoder testades för att förbättra godhetstalet för energy harvesting ("figure of merit", FOM= e312/ε), åstadkomma självpolarisering, utöka livslängden, minska kostnader, öka produktionskapaciteten eller förenkla tillverkningsprocessen. En metod testades för att oxidera bottenelektrodens fästlager av Ti till TiO2 genom RTA (Rapid Thermal Anneal). Detta för att åstadkomma en barriär som förhindrar diffusion av bly in i substratet. Oxidering uppnåddes och mätningar visade en positiv inverkan på självpolariseringen, vilket ökade godhetstalet för energy harvesting i PZT-skikt utan efterbehandlingspolarisering. En utökad livslängd förväntas, men har ännu inte bekräftats via testning. Ett seedlager av ett annat material testades och jämfördes med ett PZT-baserat seedlager. Det nya seedlagret gav välkristalliserat (100) PZT med förbättrade värden för e31,f och godhetstal för energy harvesting. Det nya seedlagret var även mindre känsligt för processvariationer. Tester med begränsad syretillgång under kristallisering av PZT genomfördes för att generera PZT-lager med syrevakanser. Syftet med dessa hypoxiska PZT-lager var att polarisera materialet, men testerna resulterade i försämrat godhetstal för energy harvesting, samt partiell delaminering av PZT-skiktet orsakad av spänningar i materialet. Som alternativ till den PZT sol-gel som användes på Silex testades en annan typ av PZT sol-gel. Den testade sol-gelen resulterade i PZT-skikt med liknande materialegenskaper som hos den ursprungliga typen, men med möjlighet till nästan tre gånger så tjocka enskilda lager, vilket leder till ökad produktionskapacitet och minskade produktionskostnader.

Biocere verkörpern eine neue Klasse von keramischen Funktionswerkstoffen, deren Eigenschaften entscheidend von den konkreten Herstellungsbedingungen beeinflusst werden. Am Beispiel ausgewählter Biocere mit immobilisierten vegetativen Zellen und Sporen von Bacillus sphaericus JG-A12 wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Zusammenhänge zwischen Gefügeausbildung und Funktionalität, besonders unter dem Gesichtspunkt metallbindender Eigenschaften, untersucht. Mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen konnte die räumliche Verteilung der Biokomponente in der Matrix, die Überlebensfähigkeit der immobilisierten vegetativen Zellen und das Verhalten von Bakteriensuspensionen in Gegenwart von verschiedenen Metallionen untersucht werden. Mit ionensensitiven Fluoreszenzfarbstoffen wurde die Aufnahme von Kupfer(II) und Nickel(II) in lebende Bakterien unter Kontrolle des physiologischen Status der Zellen verfolgt. Es wurde nachgewiesen, dass die Aufnahme von Metallionen von der Erhöhung des intrazellulären Ca2+-Spiegels begleitet und die Aufnahmeraten sowie die Ca2+-abhängige Zellantwort stammspezifisch und von der Konzentration der Metallsalzlösung abhängig sind. Durch Immobilisierung bakterieller Sporen in dünnen Sol-Gel-Schichten konnten langzeitlagerfähige Biokeramiken erzeugt werden, die sich durch die Aktivierung mit einem 1:1 Komplex aus Ca2+ und Dipicolinsäure gezielt aus Ruhephasen in biologisch aktive Zustände schalten ließen. Im Durchschnitt führt die vorherige Aktivierung der Sporen mit Ca2+-DPA zu einer fünf- bis achtfach erhöhten Keimungsrate. Mit Hilfe einer kapazitiven Messanordnung wurden darüber hinaus an diesen Schichten während der Keimung auftretende mechanische Spannungszustände nachgewiesen und quantifiziert. Biocere unterliegen während ihrer Nutzung als Filtermaterialien überwiegend durch mikrobielle Einflüsse hervorgerufenen Materialveränderungen, die mit licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen nachgewiesen wurden. Diese Untersuchungen sind als Teil eines Monitoring-Systems zur kontinuierlichen Überwachung von Filtersystemen denkbar. / Biocers embody a new class of ceramic functional materials in which the properties are mainly determined by the specific production conditions. The interplay between structure formation and functionality of selected biocers containing immobilised vegetative cells and spores of Bacillus sphaericus JG-A12 was investigated under special consideration of metal binding properties. Spatial distribution of the bio-component inside the matrix, the viability of the immobilised vegetative cells, as well as the behaviour of cell suspensions in the presence of different metal ions were examined using fluorescence dyes. The uptake of copper(II) and nickel(II) ions into the living cells while monitoring of their physiological state were detected using different ion-sensitive fluorescence dyes. As expected, the uptake of metal ions was thereby accompanied by an increase of the intracellular Ca2+ level. Further, the uptake rate of metal ions and the Ca2+ dependent cellular reaction are strain-specific and depend on the metal ion concentration. Bioceramics suitable for long-term storage were produced through immobilisation of bacterial spores in thin sol-gel layers. The switch from the metabolic inactive to the active state of the bio-component was achieved by the activation with a 1:1 ratio of the chelate of Ca2+ and dipicolinic acid. The average germination rate after activation with Ca2+-DPA was increased by five- to eightfold. The mechanical stress conditions during the germination of spores inside these silica layers were measured and quantified using a capacitive deflection measurement. As filter materials, biocers are affected by microbial determined degrading impacts. Material alterations could be detected by light and scanning electron microscopic methods. Such investigations should be considered part and parcel of monitoring systems required for continuous checks of filter systems.