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Materialwissenschaftler entdecken neuen Mechanismus beim Wachsen von Gold-Nanopartikeln

17.07.2013
Dass Metalle wie Schneeflocken wachsen, klingt ungewöhnlich.

Beginnend von einem Metallkern wachsen die Metalle dabei in nanomtergroßen Verästelungen in verschiedene Richtungen und können so ganze Beschichtungen ausbilden. Dieses Prinzip liegt vielen industriellen Anwendungen für galvanische Beschichtungen zugrunde.

Auch für das Verständnis von Anoden- und Kathodenprozessen in Energiespeichern spielt das sogenannte dendritische Wachstum eine wichtige Rolle. Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben nun das Wachstum von Goldnanopartikeln elektronenmikroskopisch in Flüssigkeit nachverfolgt.

Diese Ergebnisse wurden jüngst in der Zeitschrift Langmuir veröffentlicht.

„Die Filme unserer elektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen das Wachstum unterschiedlicher Spitzen in diesen Verästelungen, den sogenannten Dendriten“, sagen Tobias Kraus, Leiter der Juniorforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen und Niels de Jonge, Leiter des Programmbereichs Innovative Elektronenmikroskopie. „Dass wir die Dendriten in diesen kleine Dimensionen wachsen sehen können, ist einzigartig.“ Die Untersuchungen zeigen, dass Goldpartikel auch dann noch aus der Lösung an die Dendriten diffundieren, wenn der Bereich um eine Dendritenspritze herum schon „abgegrast“ ist. Dann befinden sich keine Goldionen mehr in direkter Nähe und das Wachstum ist von der Diffusion der Goldionen abhängig. Würden die Dendriten durch die Adsorption von Nanogold-Clustern wachsen, wären kleine Clusterkronen um jede Dendritenspitze sichtbar, was in den Aufnahmen der Elektronenmikroskopiker am INM nicht der Fall ist. Zudem scheint das Keimen der Dendriten nicht davon abzuhängen, wie rau die Oberfläche ist, auf der die Kristalle aufwachsen.

Für die Untersuchung dieses dendritischen Wachstums sind besondere Messmethoden notwendig. Dazu nutzten die Forscher am INM eine winzige Flüssigkeitskammer, in die sie kleinste Mengen goldhaltiger Lösungen und winzige Goldnadeln, sogenannte Impfkristalle, in einer Größe von wenigen Nanometern einfüllten. Durch den Elektronenstrahl eines Transmissionselektronenmikroskops starteten sie das Wachstum und beobachteten es über einen Zeitraum von rund vier Minuten.

Originalpublikation: Tobias Kraus, Niels de Jonge, “Dendritic Gold Nanowire Growth Observed in Liquid with Transmission Electron Microscopy”, Langmuir, 2013, 29 (26), pp 8427–8432, DOI: 10.1021/la401584z

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Niels de Jonge
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Innovative Elektronenmikroskopie
Tel: 0681-9300-313
E-Mail: niels.dejonge@inm-gmbh.de
Dr. Tobias Kraus
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Juniorforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen
Tel: 0681-9300-389
E-Mail: tobias.kraus@inm-gmbh.de
Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung richten die Forscher ihren Blick auf drei wesentliche Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig für industrielle und lebensnahe Anwendungen nutzen? Dabei bestimmen vier Leitthemen die aktuellen Entwicklungen am INM: Neue Materialien für Energieanwendungen, Neue Konzepte für Implantatoberflächen, Neue Oberflächen für tribologische Anwendungen sowie Nanosicherheit. Die Forschung am INM gliedert sich in die drei Felder Chemische Nanotechnologie, Grenzflächenmaterialien und Materialien in der Biologie.

Das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien mit Sitz in Saarbrücken ist ein internationales Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und beschäftigt rund 190 Mitarbeiter.

Dr. Carola Jung | idw
Weitere Informationen:
http://www.inm-gmbh.de
http://www.leibniz-gemeinschaft.de

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