Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanomagnete aus der Röhre

08.07.2013
Ein Forscherteam des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden hat magnetische Nanokristalle im inneren Hohlraum von Kohlenstoff-Nanoröhren gezüchtet.

Diese weisen drei Besonderheiten auf: (1) Die Größe der Kristalle lässt sich durch den Durchmesser der Nanoröhre kontrollieren. (2) Die Kristalle sind vor Oxidation geschützt. (3) Durch ihre Winzigkeit haben die Nanokristalle andere magnetische Eigenschaften. Um sie vollständig zu entmagnetisieren muss man ein Feld anlegen, das 30-mal stärker ist, als dies bei größeren Kristallen oder Schichten der Fall ist.


Mit Metallnanopartikeln gefüllte Kohlenstoffnanoröhren werden von einem Permanentmagneten am Boden eines Uhrglases festgehalten. Foto: IFW Dresden


Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Nanokristallen (helle Punkte) im Innern einer Kohlenstoffnanoröhre. Foto: IFW Dresden

Im Zeitalter der Nanotechnologie sind die Wissenschaftler bestrebt, alles immer kleiner zu machen. Dabei sollen die chemischen und physikalischen Eigenschaften erhalten bleiben, die für die Funktionalität von Materialien und elektronischen Bauelementen wichtig sind. Manchmal ergeben sich aber durch den Übergang in die Nanometer-Bereich Änderungen, die ganz neue Funktionen ermöglichen. Am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) haben Forscher magnetischen Nanokristalle gezüchtet, die besonders stark und korrosionsbeständig sind.

Die neue Methode, die dabei angewandt wurde, besticht vor allem durch ihre Einfachheit und Eleganz. Die Metallsalze der Verbindungskomponenten Kobalt, Eisen und Gallium werden in Wasser gelöst. In dieser Lösung werden die Kohlenstoffnanoröhren bei moderaten Temperaturen behandelt und anschließend filtriert. Die mit der Lösung gefüllten Kohlenstoffnanoröhren werden dann getrocknet und unter Wasserstoffzufuhr zur Zielverbindung reduziert. Auf diese Weise entstehen kugelförmige, voneinander separierte Partikel, die wie eine locker gefädelte Perlenkette das Innere der Kohlenstoffnanoröhren ausfüllen.

Die Kohlenstoffnanoröhren dienen während der Synthese als Schablone für die Größe der Nanopartikel. Durch die Variation des Innendurchmessers der Kohlenstoffnanoröhren kann die Größe der entstehenden Nanopartikel kontrolliert werden. In den ersten Experimenten der Forscher betrug der Durchmesser der Partikel ca. 35 Nanometer was genau dem Innendurchmesser der Nanoröhren entspricht.

Nach vollendeter Synthese bilden die Kohlenstoffnanoröhren eine schützende Hülle gegen Korrosion und andere chemische Veränderungen. Die chemische Stabilität der von Kohlenstoffnanoröhren ummantelten Nanopartikel ist ein großer Vorteil, da Korrosion in metallischen Materialien immer ein Problem darstellt.

Genaue mikroskopische Untersuchungen der Nanopartikel zeigen, dass die neue Methode wohlgeordnete Kristallstrukturen hervorbringt. Hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften zeigen diese Nanopartikel magnetische Koerzitivfeldstärken, die 30 mal größer sind als in makroskopisch großen Körnen desselben Materials. Die Koerzitivfeldstärke ist das Maß für die magnetische Feldstärke, die notwendig ist, um eine ferromagnetische Substanz vollständig zu entmagnetisieren. Je höher die Koerzitivfeldstärke, desto schwieriger ist es, den Magneten zu entmagnetisieren. Die enorme Steigerung der Koerzitivfeldstärke der Nanopartikel wird auf eine Veränderung der magnetischen Domänenstruktur zurückgeführt. Während Massivmaterial und dünne Schichten Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung ausbilden, sogenannte Domänen, weisen die Nanopartikel auf Grund ihrer geringen Größe nur wenige Domänen aus oder sind sogar ein-domänig.

Die Kobalt-Eisen-Gallium-Verbindung Co2FeGa gehört zur Klasse der sogenannten Heusler-Verbindungen. Das sind Verbindungen aus drei Elementen, die häufig halbleitend oder magnetisch sind. Benannt sind sie nach Fritz Heusler, der diese Verbindungsklasse 1903 entdeckte. Das Besondere an der ersten entdeckten Heusler Verbindung, dem Cu2MnAl war, dass sie magnetisch ist, obwohl sie aus den nichtmagnetischen Elementen Kupfer, Mangan und Aluminium besteht. In jüngster Zeit rücken Heusler-Verbindungen verstärkt in den Fokus der Forschung, da sie elektronische und magnetische Eigenschaften haben, die für Anwendungen der Thermoelektrik und Spintronik interessant sind. Am IFW Dresden beschäftigt sich eine Nachwuchsforschergruppe intensiv mit diesem Thema. Das hier beschriebene Verfahren, Heusler-Verbindungen in Kohlenstoffnanoröhren zu züchten, stellt eine echte Alternative dar, neue korrosionsbeständige Magnetmaterialien für verschiedene Anwendungen z.B. als Permanentmagnet oder für neue Formen von Elektronik herzustellen.

Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Crystal Growth & Design“ veröffentlicht: M. Gellesch, M. Dimitrakopoulou, M. Scholz, C. G. F. Blum, M. Schulze, J. van den Brink, S. Hampel, S. Wurmehl, B. Büchner: Facile nanotube-assisted synthesis of ternary intermetallic nanocrystals oft he ferromagnetic heusler phase Co2FeGa, Crystal Growth & Design, 2013, 13 (7), pp 2707–2710, DOI: 10.1021/cg400405k

Pressekontakt:

Dr. Sabine Wurmehl
Tel. 0351 5659 519
s.wurmehl@ifw-dresden.de
Dr. Silke Hampel
Tel. 0351 5659 323
s.hampel@ifw-dresden.de
Dr. Carola Langer
Referentin des Wissenschaftlichen Direktors
Tel. 0351 4659-234
c.langer@ifw-dresden.de

Dr. Carola Langer | Leibniz-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de/de/presse-und-events/pressemitteilungen/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

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....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften