Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Kristalle aus der "Schnellen Welle"

06.11.2007
Karlsruher Wissenschaftler nutzen Ionische Flüssigkeiten und Mikrowellen zur Herstellung von Nanopartikeln

"Man nehme Zinn- und Indiumchlorid, gebe es in einen Topf mit Ionischer Flüssigkeit und erhitze das Ganze in der Mikrowelle." Was wie die jüngste Kreation der Chemieküche klingt, beschreibt ein neues Verfahren, um elektrisch leitende Nanopartikel aus Indium-Zinn-Oxid (ITO: Indium Tin Oxide) schnell und einfach zu synthetisieren. Ohne aufwändige Zwischenschritte produziert Professor Claus Feldmann vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) damit gleichförmige und regelmäßige, zehn bis fünfzehn Nanometer (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) große Kristalle, die nicht verklumpen und sich leicht in wässrigen Medien dispergieren lassen. Diese Nanokristalle können mit konventionellen Techniken als unsichtbare Elektroden auf transparente, flexible oder hitzeempfindliche Materialien aufgedruckt werden. Mit der inzwischen patentierten "Ein-Topf-Mikrowellen-Synthese" in Ionischen Flüssigkeiten stellt Feldmann aber auch andere nanoskalige Partikel wie etwa lumineszierende Materialien her, die im sichtbaren Licht transparent sind, unter UV-Licht aber farbig leuchten.

Nanopartikel, die sich als transparente, nur wenige Nanometer dicke stromleitende oder leuchtende Schichten auftragen lassen, werden in Leuchtdioden und Solarzellen, zur Sicherheitsmarkierung oder für dekorative Zwecke eingesetzt. Um besonders gleichmäßige Kristalle ohne Defekte in ihrer Gitterstruktur zu gewinnen, sind üblicherweise hohe Temperaturen (bis 600 °C) erforderlich. Zusätzlich beigemischte Substanzen, die die neu gebildeten Partikel wie eine Nussschale umschließen, können verhindern, dass diese sich zu größeren Aggregaten zusammenballen. "Allerdings ist die Synthese aufwändig und einige Zusatzstoffe sind toxisch. Nanopartikel für therapeutische oder diagnostische Anwendungen in der Medizin kann man damit nur schwer synthetisieren", erläutert Feldmann.

Um diese Nachteile zu umgehen, nutzt der Chemiker am DFG-Centrum für Funktionelle Nanostrukturen des KIT sogenannte Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel. Sie bestehen ausschließlich aus großen Kationen und Anionen, sind also ein wasserfreies, nicht-kristallines Salz. Sie sind bei Temperaturen zwischen - 50 und + 400 Grad Celsius flüssig und dabei chemisch stabil. Da sie kaum mit den gelösten Partikeln in Wechselwirkung treten, lassen sie sich bei der Aufreinigung der Produkte leicht entfernen. Diese Eigenschaft hat allerdings einen Nachteil: Neu gebildete Partikel werden nicht von einem Mantel aus Lösungsmittel-Molekülen umhüllt, der den Kontakt untereinander verhindert. Erhitzt man das Gemisch auf konventionelle Art, bilden sich daher wegen des Temperaturgefälles innerhalb der Lösung größere Komplexe, die sich anschließend nicht mehr trennen lassen. Hier kommt die "schnelle Welle" ins Spiel: Im Mikrowellenofen wird die Probe in Sekunden gleichmäßig im ganzen Gefäß erhitzt und so die Aggregation der Partikel verhindert.

"Die ersten Versuche haben wir tatsächlich mit einem einfachen Hauhaltsgerät durchgeführt", erinnert sich Feldmann. Inzwischen benutzt er aber eine spezielle Labor-Mikrowelle, in der er die Reaktionslösung rühren und ihre Temperatur messen kann. Bis zur industriellen Nutzung seines Syntheseverfahrens ist es allerdings noch ein langer Weg. Denn noch sind Ionische Flüssigkeiten, die bisher kaum technisch angewendet werden, relativ teuer. Die Preise würden aber mit steigender Nachfrage sinken, ist sich Feldmann sicher. Außerdem könnten die flüssigen Salze nach der Synthese wieder verwendet werden. Chemieunternehmen wie die Evonik Degussa GmbH setzen bereits auf die neue Methode und kooperieren eng mit dem Karlsruher Chemiker, dessen Arbeiten zudem von den Ländern Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen, der Europäischen Union und der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt werden.

Literatur:

One-pot Synthesis of Highly Conductive ITO Nanocrystals. G. Bühler, D. Thölmann, C. Feldmann, Adv. Mater. 19, 2224 (2007).

Mikrowellen-unterstützte Synthese lumineszierender LaPO4:Ce,Tb-Nanokristalle in Ionischen Flüssigkeiten. G. Bühler, C. Feldmann, Angew. Chem. 118, 4982 (2006).

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist der Zusammenschluss zwischen der Universität Karlsruhe und dem Forschungszentrum Karlsruhe. Gemeinsam arbeiten hier 8000 Beschäftigte mit einem jährlichen Budget von 600 Millionen Euro. Im KIT bündeln beide Partner ihre wissenschaftlichen Fähigkeiten und Kapazitäten, richten die dafür optimalen Strukturen für Forschung, Lehre und Innovation ein und entwickeln gemeinsame Strategien und Visionen.

Mit KIT entsteht eine Institution international herausragender Forschung und Lehre in den Natur- und Ingenieurwissenschaften. KIT soll Attraktionspunkt für die besten Köpfe aus der ganzen Welt werden, neue Maßstäbe in Lehre und Nachwuchsförderung setzen und das führende europäische Zentrum in der Energieforschung bilden. Im Bereich der Nanowissenschaften will KIT eine weltweit führende Rolle einnehmen. Ziel von KIT ist es, einer der wichtigsten Kooperationspartner für die Wirtschaft zu sein.

Klaus Rümmele | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Berichte zu: Flüssigkeit KIT Nanometer Nanopartikel Partikel Synthese

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen
05.12.2016 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

nachricht Neue Arten in der Nordsee-Kita
05.12.2016 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Fraunhofer WKI koordiniert vom BMEL geförderten Forschungsverbund zu Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen

05.12.2016 | Förderungen Preise

Höhere Energieeffizienz durch Brennhilfsmittel aus Porenkeramik

05.12.2016 | Energie und Elektrotechnik