Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flüssig an flüssig wird fest

11.04.2013
Kieler Forschungsgruppe entdeckt kristalline Nanoschichten an Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten

Nicht alle Flüssigkeiten lassen sich mischen. Forschende des Instituts für Experimentelle und Angewandte Physik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben an Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten erstmals chemische Prozesse mit atomarer Auflösung untersucht und dabei eine überraschende Entdeckung gemacht.


Grafische Darstellung der Nanoschicht aus Fluor- (F), Brom- (BR) und Bleiatomen (Pb) an der Grenzfläche zwischen der Salzlösung (blau) und dem Quecksilber (grau). Kieler Physikerinnen und Physiker entdeckten die geordnete Kristallschicht zwischen den Flüssigkeiten mithilfe von brilliantem Röntgenlicht.
Copyright/Abbildung: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, CAU

In Experimenten am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, bei denen auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Israel und den USA mitwirkten, beobachteten sie, dass sich zwischen den Flüssigkeiten eine aus exakt fünf Atomlagen bestehende, geordnete Kristallschicht bildet, die das nachfolgende Wachstum größerer Kristalle bestimmt.Diese Ergebnisse wurden gerade im renommierten Wissenschaftsjournal Proceedings of the National Academy of Science veröffentlicht. Sie könnten zur Entwicklung neuartiger Herstellungsverfahren für Halbleiter und Nanopartikel beitragen.

Wie allgemein bekannt, lassen sich Flüssigkeiten wie Öl und Wasser nicht mischen. Wie Grenzflächen zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten auf atomarem Maßstab aussehen, ist jedoch weitgehend unbekannt, da sie mit den meisten Methoden der modernen Oberflächenforschung nicht untersucht werden können. Diese Lücke zu schließen ist das Ziel des Teams von Dr. Bridget Murphy und Professor Olaf Magnussen in der Kieler Physik. Dazu verwenden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die brillante Röntgenstrahlung des Hamburger Teilchenbeschleunigers PETRA III am DESY. Ein von der Kieler Gruppe selbst konzipiertes Instrument, das LISA (Liquid Interfaces Scattering Apparatus) Diffraktometer, lenkt dort das hochkonzentrierte Röntgenlicht auf die Flüssigkeitsproben: „LISA wurde speziell für die Erforschung von Grenzflächen in Flüssigkeiten entwickelt. Denn hier laufen wichtige chemische Prozesse ab“, erklärt Murphy, die für den Aufbau des Instruments verantwortlich war.
In ihrer neusten Arbeit wollten die Forschenden erstmals herausfinden, wie chemische Wachstumsprozesse an Flüssigkeitsgrenzflächen im Detail ablaufen. Dazu untersuchten sie Quecksilber in einer Salzlösung, die Fluor-, Brom- und Bleiionen enthielt, und erhielten ein verblüffendes Ergebnis: Obwohl die Moleküle in den beiden Flüssigkeiten ungeordnet waren, bildete sich an ihrer Grenze eine Schicht mit kristalliner Ordnung von weniger als einem Nanometer Dicke. Dies ist zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar. „Unsere Röntgendaten zeigen, dass diese Schicht aus einer Atomlage Fluor zwischen zwei Lagen Blei und zwei Bromlagen besteht“, erläutert Teammitglied Annika Elsen, die mit dieser Arbeit vor kurzem promoviert wurde. Auf dieser Nanoschicht wachsen anschließend perfekt ausgerichtete größere Kristalle.

Das Entstehen atomarer Ordnung an solchen ungeordneten flüssigen Grenzflächen ist für die Wissenschaft nicht nur von grundsätzlichem Interesse. Tatsächlich wurden in den letzten Jahren verschiedene chemische Prozesse entwickelt, in denen Wachstum an Flüssigkeitsgrenzflächen zur Herstellung von Materialien und Nanopartikeln genutzt wurden. So zeigten amerikanische Wissenschaftler an der Universität von Michigan vor zwei Jahren, dass sich das Halbleitermaterial Germanium durch sehr ähnliche Prozesse äußerst energieeffizient aus seinem Oxid gewinnen lässt. Weiterentwicklungen solcher Verfahren könnten helfen, die hohen Energiekosten bei der Herstellung von Solarzellen zu senken. Dazu muss der Ablauf solcher Prozesse auf atomarer Skala jedoch besser verstanden werden. Die Arbeiten der Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bilden den ersten Schritt dazu.

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat als Forschungsuniversität im Norden Deutschlands eine ausgewiesene internationale Expertise im Bereich Nanowissenschaften. Dazu gehört auch Forschung mit Synchrotronstrahlung. In einer Reihe von Forschungsverbünden, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden, entwickeln Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Methoden und Instrumente.
Weitere Informationen zu PETRA III am DESY im Internet unter:
http://www.desy.de/forschung/anlagen/petra_iii/index_ger.html

Originalveröffentlichung:
In situ x-ray studies of adlayer-induced crystal nucleation at the liquid-liquid interface, A. Elsen, S. Festersen, B. Runge, C.T. Koops, B. M. Ocko, M. Deutsch, O. Seeck, B. M. Murphy, O. M. Magnussen, Proc. Nat. Acad. Sci., doi: 10.1073/pnas.1301800110 (2013)
Online einzusehen unter: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1301800110

Abbildungen stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2013/2013-094-1.jpg
Bildunterschrift: Grafische Darstellung der Nanoschicht aus Fluor- (F), Brom- (BR) und Bleiatomen (Pb) an der Grenzfläche zwischen der Salzlösung (blau) und dem Quecksilber (grau). Kieler Physikerinnen und Physiker entdeckten die geordnete Kristallschicht zwischen den Flüssigkeiten mithilfe von brilliantem Röntgenlicht.
Copyright/Abbildung: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, CAU

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2013/2013-094-2.jpg
Bildunterschrift: Das LISA Diffraktometer am DESY: Das Instrument lenkt die brilliante Röntgenstrahlung von PETRA III ab und erlaubt so, Grenzflächen in Flüssigkeitsproben (zur Linken) zu untersuchen.
Copyright/Foto: DESY

Kontakt:
Dr. Bridget Murphy
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0431/880-5558
E-Mail: murphy@physik.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen
23.05.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Mikro-Lieferservice für Dünger
23.05.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie