26.09.2018
Nanopartikel nach Maß herstellen
Ob Medizinische Diagnostik, Batteriespeicher, Elektrokatalyse oder druckbare Elektronik: Funktionsmaterialien aus anorganischen Nanopartikeln haben ein großes Anwendungspotential. Allerdings nur dann, wenn die Herstellungsverfahren ausreichend verstanden sind und sich zudem skalieren lassen. Seit 2015 forscht die Forschungsgruppe FOR 2284 von Prof. Christof Schulz an der Universität Duisburg-Essen (UDE) daran, systematische Designregeln zu entwickeln, um damit komplexe Nanopartikel gezielt in der Gasphase herstellen zu können. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert dieses Vorhaben nun für weitere drei Jahre.
Durch gezielte Veränderungen im Nanometer-Bereich lassen sich Materialien in Bezug auf optische, elektrische, katalytische und magnetische Eigenschaften steuern, je nach gewünschter Anwendung. Dabei kommt es nicht nur auf die vielfältigen chemischen Zusammensetzungen an. Insbesondere die Strukturgröße eröffnet eine neue Dimension, um ungewöhnliche Materialeigenschaften zu erzeugen. "Umso wichtiger ist es, diese Funktionsmaterialien gezielt nach Maß herstellen zu können und zu wissen, nach welchen Regeln die hoch spezifische Herstellung sicher gelingt", erläutert Prof. Schulz vom Institut für Verbrennung und Gasdynamik an der UDE. Durch modulare Verfahren, die teilweise miteinander kombiniert werden, sollen auf Basis von Eisen und Silizium dann ein-, zwei- oder sogar dreidimensionale Nanostrukturen gezielt hergestellt werden können.
Die verschiedenen Materialsysteme müssen allerdings bestimmte Voraussetzungen erfüllen, damit die Herstellung komplexer Nanostrukturen möglich ist und ihre besonderen Funktionen nutzbar sind. Zum Beispiel im Hinblick auf die Beschaffenheit der Partikelhülle oder die dauerhafte elektrische Anbindung. "Auf Basis der bisherigen Arbeiten ist es beispielsweise gelungen, in Kooperation mit Industriepartnern einen neuen Produktionsprozess für Silizium-Nanopartikel zu entwickeln und diese in geeigneten Strukturen für die Anwendung in Lithium-Ionen-Batterien einzubinden", freut sich Forschungsgruppenleiter Schulz. Hierbei profitieren die Wissenschaftler durch das NanoEnergieTechnikZentrum NETZ und das DFG-Gerätezentrum ICAN an der Universität Duisburg-Essen von einer außergewöhnlich guten Infrastruktur.
Neun Projekte der FOR 2284 "Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel" sind am Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) und in der Elektrotechnik der Universität Duisburg-Essen sowie am Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) angesiedelt. Zudem werden drei internationale Forscher eingebunden: Igor Rahinov von der Open University of Israel, Stephen Tse von der Rutgers University in New Jersey, USA sowie Kyle Daun von der Waterloo University im kanadischen Ontario. Als Mercator-Fellow werden sie mehrere Monate in Duisburg zu Gast zu sein.
Quelle: Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE)