Nanopartikel Eigenschaften von Nanopartikeln gezielt beeinflussen

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg haben untersucht, wie sich die Eigenschaften von Nanopartikeln gezielt beeinflussen lassen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Größe und Form der Partikel einerseits von den Mengenverhältnissen der Ausgangsstoffe abhängig sind, andererseits von der Art und Weise wie sie zusammengebracht werden.

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Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer techn. Systeme

Magdeburg – Partikel aus Bariumsulfat finden breite Anwendung in Farben und Tinten, als Zusatz von Medikamenten, als Füllmittel in Kunststoffen und als Kontrastmittel in der Medizin. Um die optischen, elektrischen oder chemischen Eigenschaften des Materials besser beeinflussen zu können, haben Wissenschaftler des Magdeburger Max-Planck-Instituts mithilfe von Bariumsulfat-Teilchen in einer Mikroemulsion gezielt Partikel bestimmter Größe und Form produziert. Laut Kai Sundmacher, Direktor am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, verstehe man jetzt besser, wie sich die Partikel bilden. So sei es möglich, über die Prozessbedingungen das Ergebnis zu beeinflussen. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auch auf andere Substanzen als Bariumsulfat übertragen.

Nanoreaktoren

Nanopartikel lassen sich z.B. durch Abscheiden von Dampf, Ätzen oder Mahlen in teilweise sehr aufwendigen Verfahren und mit heterogenen Ergebnissen herstellen. Die Prozessingenieure aus Magdeburg haben ein neues Verfahren angewendet, um Nanopartikel maßgeschneidert herstellen zu können. Sie nutzen die Tröpfchen einer Mikroemulsion als Nanoreaktoren.

Um zwei Emulsionen mit den Ausgangsstoffen für Bariumsulfat anzurichten, verwenden sie die beiden SalzeBariumchlorid und Kaliumsulfat als Tenside. Die Substanzen sind jeweils als wässrige Lösungen in Tröpfchen verpackt, die in der wasserabstoßenden Flüssigkeit Cyclohexan schweben. Leiten die Forscher eine Emulsion in die andere, schließen sich die Tröpfchen mit den unterschiedlichen Frachten kurzzeitig zusammen, sodass Bariumchlorid und Kaliumsulfatlösungen miteinander in Kontakt kommen. Sofort bilden sich Kristalle des wasserunlöslichen Bariumsulfats, die wachsen bis sie die Tröpfchen ganz ausfüllen.

Rezept für Partikelmischung

Bei Bedarf können die Wissenschaftler mithilfe der Mikroemulsionen auch Mischungen von Partikeln zweier Größen und Formen herstellen. Mit unterschiedlich stark konzentrierten Ausgangsstoffen züchten sie erst größere Partikel. Anschließend leiten sie in dasselbe Reaktionsgemisch eine Emulsion, die das Defizit des geringer konzentrierten Stoffes ausgleicht, sodass kleinere Teilchen entstehen. Die Forscher aus Magdeburg haben zudem Details des Wachstums aufgedeckt und hoffen, es künftig noch besser steuern zu können.

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