Ringe aus Stäbchen

Forscher von der Rice University in Houston (Texas, USA) berichten nun in der Zeitschrift Angewandte Chemie über ein völlig unerwartetes Verhalten von Nanoobjekten: Die spontane Selbstorganisation polymerumhüllter metallischer Nanostäbchen zu ringförmigen Anordnungen. Diese Ringe aus winzigsten Gold-Stäbchen entstehen innerhalb von Sekunden, wenn Wassertropfen auf der Oberfläche einer Lösung der Stäbchen in einem nichtpolaren Lösungsmittel kondensieren.

Nanoobjekte, die sich zu Superstrukturen anordnen sind interessant, denn die Eigenschaften solch winziger Teilchen hängen nicht nur von deren Zusammensetzung, Form und Größe ab, sondern in ganz erheblichem Maße auch von ihrer räumlichen Verteilung und dem Grad der Ordnung innerhalb der Struktur.

Bishnu P. Khanal und Eugene R. Zubarev beschichteten Gold-Nanostäbe mit Polystyrol. Die winzigen Polymerketten stehen dabei wie Borsten von dem Stäbchen ab. Ihre Funktion ist, die Stäbchen in organischen Lösungsmitteln gut löslich, in Wasser dagegen unlöslich zu machen – wichtig, damit die Methode funktioniert. Und so geht's: die Stäbchen werden in Dichlormethan gelöst und dann ein kohlenstoffbeschichtetes Gitter in die Lösung eingetaucht. Beim Herausziehen bleibt ein feiner Film der Lösung daran haften. An der Luft verdampft das leicht flüchtige Dichlormethan rasch.

Dadurch kühlt sich die Oberfläche des Flüssigkeitsfilms sehr stark ab. Die Folge: Luftfeuchtigkeit schlägt sich darauf nieder. Und da Wasser und Dichlormethan nicht mischbar sind, bilden sich winzige Tautropfen aus Kondenswasser. Wenn das Dichlormethan weitgehend verdampft ist, fließen die letzten Reste der Lösung als Ring um die Wassertröpfchen zusammen. Ist das Dichlormethan vollständig verdampft, wärmt sich der Träger wieder auf Raumtemperatur auf, und nun beginnen auch die Wassertröpfchen zu verdunsten. Übrig bleiben ringförmige Strukturen aus Nanostäbchen. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass die Nanostäbchen innerhalb der Ringe recht willkürlich orientiert sind, wenn ihre ursprüngliche Konzentration in der Lösung hoch war. Bei einer geringen Konzentration jedoch beobachtet man ganz Erstaunliches: Die Stäbchen ordnen sich ganz bevorzugt in einer Kopf-an-Schwanz-Folge entlang der Ringe an.

Angewandte Chemie: Presseinfo 11/2007

Autor: Eugene R. Zubarev, Rice University, Houston, TX (USA), http://www.chem.rice.edu/FacultyDetail.cfm?RiceID=80907

Angewandte Chemie 2007, 119, No. 13, 2245-2248, doi: 10.1002/ange.200604889

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