Synthese von Nanopartikeln

Die so genannten „bottom up” – Methoden basieren auf dem kontrollierten Aufbau von Atomen, Molekülen oder Ionen zu größeren Einheiten. Der Vorteil: durch diese Methoden können Pulver aus kleinsten Partikeln erhalten werden, die fast vollständig identische Form und Größe aufweisen (siehe Abbildung). Zudem können Materialien, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind, durch die vorherige Vermischung ihrer Einzelbestandteile auf molekularer Stufe, prinzipiell in höchster Homogenität und daher bestmöglicher Qualität erhalten werden.

In der Arbeitsgruppe wird die Synthese mittels der Nichtwässrigen Synthese durchgeführt. Diese zeichnet sich durch eine langsame, kontrollierte Reaktion aus und ist daher für die Herstellung von Nanopartikeln mit höchsten Produktanforderungen sowie für die Synthese von Materialien mit komplexer Zusammensetzung geeignet. Hierdurch können unterschiedlichste binäre und ternäre Metalloxid-Nanopartikel erhalten werden, wie TiO2, ZrO2, ZnO, Fe3O4, BaTiO3, BaSnO3 oder ITO. Durch geeignete Zusätze ist zudem eine Dotierung der Materialien möglich. So konnten beispielsweise fluoreszierende Eu3+-dotierte ZrO2-Nanopartikel in hochkristalliner Form erhalten werden. Die Reaktionssysteme sind meist sehr robust und können zur Herstellung größerer Mengen an Nanopartikeln auch im 1L-Maßstab durchgeführt werden, während bei anderen Verfahren die gewünschten Nanopartikel im Allgemeinen nur durch eine sorgfältige Kontrolle aller Prozessparameter reproduzierbar erhältlich sind.

Transmissions-Elektronenmikroskopaufnahmen von Fe3O4-Nanopartikeln, ZrO2-Nanopartikeln und Indiumzinnoxid-Nanopartikeln (v.l.n.r.).

 
Publikationen:

[1] M. Zimmermann, G. Garnweitner, „Einfluss von Prozessparametern auf die nichtwässrige Synthese von Titandioxid-Nanopartikeln“, Chemie Ingenieur Technik 2014, 86, 231-237.
[2] M. Zimmermann, G. Garnweitner, “Parameter studies of the synthesis of titanium dioxide nanoparticles: Effect on particle formation and size”, Chemical Engineering and Processing 2013, 74, 83-89. Abstract
[3] M. Zimmermann, G. Garnweitner, “Spontaneous water release inducing nucleation during the nonaqueous synthesis of TiO2 nanoparticles”, CrystEngComm 2012, 14, 8562-8568. Abstract
[4] I.-M. Grabs, C. Bradtmöller, D. Menzel, G. Garnweitner, “Formation mechanisms of iron oxide nanoparticles in different nonaqueous media”, Crystal Growth and Design 2012, 12, 1469-147 Direktzugriff
[5] G. Garnweitner, M. Niederberger, “Organic chemistry in inorganic nanomaterials synthesis”, Journal of Materials Chemistry 2008, 18, 1171-1182.

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