Wie Nanopartikel dünne Fullerenschichten durchdringen

Einer Kooperation von Forschern der Universitäten Freiburg und Dortmund sowie des Freiburger Fraunhofer Instituts für Werkstoffmechanik ist es gelungen, in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ einen Beitrag zu platzieren. Der Artikel fasst ihre Arbeiten zu den Eigenschaften von kleinsten Metall-Nanopartikeln zusammen.

Die Physiker haben die Partikel auf einen Film aus kugelförmigen C60-Kohlenstoffmolekülen aufgebracht und festgestellt, dass diese bei Raumtemperatur einen einlagigen Film durchdringen können, einen zweilagigen Film jedoch nicht. Auf Basis dieser Ergebnisse könnte zum Beispiel in der molekularen Elektronik gezielt die Kontaktfähigkeit von Metall-Nanopartikeln durch zu durchdringende beziehungsweise isolierende Filmdicken gesteuert werden.

Nanopartikel haben häufig andere Eigenschaften als größere Stücke des gleichen Materials. Durch Wahl der Größe und Zusammensetzung der Nanopartikel lassen sich so chemische, optische oder magnetische Eigenschaften „maßschneidern“, die bei keinem Festkörpermaterial gegeben sind. Um aber die vielversprechenden Möglichkeiten von Nanopartikeln in der chemischen Katalyse, der magnetischen Speichertechnologie oder der Optoelektronik auch verwirklichen zu können, müssen die Nanopartikel auf Oberflächen oder in Matritzen fixiert werden. Hierbei kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Nanopartikel und der Oberfläche oder der Matrix, die schlimmstenfalls die besonderen Eigenschaften der Partikel wieder zerstören. Es gilt also, Techniken zu entwickeln, mit denen sich Nanopartikel „schonend“, aber sicher fixieren lassen. Die Wissenschaftler haben nun nicht nur eine Möglichkeit aufgezeigt, wie man Nanopartikel auf einer Oberfläche fixieren kann, ohne ihre geometrische Struktur zu verändern, sondern vor allem haben sie auch den unter bestimmten Umständen auftretenden Zerfallsprozeß der Nanopartikel genau charakterisiert.

Sie konnten zeigen, dass eine Doppelschicht Fulleren auf einer Metalloberfläche ein ideales Substrat für die Fixierung von Nanopartikeln darstellt. So behielten die Partikel selbst bei Raumtemperatur, eine sehr hohe Temperatur für Vorgänge auf der Nanoskala, über Tage hinweg ihre Größe und Form. Auf der einfachen Fullerenschicht dagegen schrumpften die Partikel sehr schnell und verschwanden innerhalb von Stunden, was mithilfe von Simulationen auf die temporäre Ausbildung eines Kontakts zwischen Nanopartikel und Oberfläche durch die Fullerenschicht hindurch zurückgeführt werden konnte. Aufgrund dieser Erkenntnisse läßt sich nun die Stabilität von Nanopartikeln deutlich besser verstehen als zuvor, womit ein wichtiger Schritt in Richtung der technische Anwendung maßgeschneiderter Nanosysteme getan wurde.

Veröffentlichung:
Penetration of thin C60 films by metal nanoparticles
Stefanie Duffe, Niklas Grönhagen, Lukas Patryarcha, Benedikt Sieben, Chunrong Yin, Bernd von Issendorff, Michael Moseler & Heinz Hövel
Nature Nanotec.
Published online: 04. April. 2010, doi:10.1038/nnano.2010.45
Kontakt:
Apl. Prof. Dr. Bernd v. Issendorff
Physikalisches Institut
Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5726
Fax: 0761/203-5955
E-Mail: bernd.von.issendorff@uni-freiburg.de
Prof. Dr. Michael Moseler
Physikalisches Institut
Universität Freiburg sowie
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM
Tel.: 0761/5142-332
Fax: 0761/5142-491
E-Mail: michael.moseler@iwm.fhg.de