Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher entwickeln Materialien nach Maß, indem sie Nanopartikel über die Temperatur steuern

25.09.2012
Diamanten, Grillbrickets und Bleistifte haben eines gemeinsam: Sie bestehen aus Kohlenstoff.

Lediglich die Anordnung der Atome entscheidet darüber, in welchem Zustand der Kohlenstoff erscheint: Hoch geordnet als harter Edelstein, wirr und pulverig zum Bratwurst rösten oder Briefe schreiben.

Ob natürlich oder künstlich, durch hohe Temperaturen und hohe Drücke lassen sich die Eigenschaften von Kohlenstoff umwandeln: Aus Graphit wird Diamant. Materialforscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien konnten ein ähnliches Phänomen nun auch bei Nanopartikeln beobachten: Erst ab einer bestimmten Temperatur ordnen sich winzige Goldpartikel als wohlgeordnete Kristalle an.

Mit dieser Erkenntnis ließen sich zukünftig Materialieneigenschaften nach Maß gestalten. Die Ergebnisse wurden jüngst in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

„Welche Eigenschaft ein Material hat, ob es beispielsweise elektrischen Strom und Wärme gut leitet, Licht durchlässt oder eher hart oder weich ist, hängt auch davon ab, wie sich Atome, Moleküle und eben Nanopartikel anordnen. Wenn wir also gezielt steuern können, wie sich die Partikel anordnen, können wir in Zukunft gezielt die Eigenschaften eines Materials verändern“, erklärt Tobias Kraus, Leiter der Nachwuchsforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinsten Skalen. Der erste Schritt zu einem Materialbaukasten nach Maß sei getan.

Diesen erreichten die Saarbrücker Materialforscher mit Goldnanopartikeln: „Es war bekannt, dass sich die sechs milliardstel Meter kleinen Teilchen manchmal von selbst anordnen. Dass sie ausgerechnet wohl geformte Kristalle bilden, wenn sie heiß sind, hat uns jedoch sehr überrascht“, sagt der Materialexperte Kraus. Für ihre Experimente verwendeten die Forscher Goldnanopartikel, die mit einer organischen Hülle versehen sind. So stellt jedes umhüllte Nanopartikel ein kleines Kügelchen dar. „Bei tiefen Temperaturen sind diese Hüllen fest“, vermutet Philip Born, der als Doktorand mit diesen Partikeln arbeitete. „Dadurch verhaken sich die Kügelchen, und es gibt chaotische Klumpen. Bei höheren Temperaturen schmelzen die Hüllen und „schmieren“ die Anordnung der Kügelchen wie ein Gleitmittel: Plötzlich erhalten wir wohl geordnete Kristalle“, erklärt Born weiter.

Bisher haben die Forscher diese Idee nur für Goldnanopartikel und bestimmte Hüllen aus organischen Verbindungen, sogenannte Alkylthiole, angewendet. Dafür sind keine besonders hohen Temperaturen notwendig; die Hüllen schmilzen schon bei rund 30° Celsius. „Wenn wir dieses Prinzip auch auf andere Partikel, auf andere Hüllen und auf andere Temperaturen anwenden können, haben wir ziemlich viele Varianten, die wir je nach Wunscheigenschaft zusammenstellen könnten. Damit wäre das Baukastenprinzip perfekt“, wünscht sich Kraus.

Originalpublikation:
Tihamer Geyer, Philip Born, Tobias Kraus, „Switching between crystallisation and amorphous agglomerationn of alkyl thiol-coated gold nanoparticles“, Phys. Rev. Lett. 109, 128302 (2012),
DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.128302

Ansprechpartner:
Dr. Tobias Kraus
Programmbereich Strukturbildung auf kleinen Skalen
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH
Tel: +49 681 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?

Das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH mit Sitz in Saarbrücken ist ein international sichtbares Zentrum für Materialforschung.

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Hitzeschilde für sparsame Flugzeuge
18.09.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Turbine aus dem 3D-Drucker
18.09.2019 | Fraunhofer-Gesellschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: 'Nanochains' could increase battery capacity, cut charging time

How long the battery of your phone or computer lasts depends on how many lithium ions can be stored in the battery's negative electrode material. If the battery runs out of these ions, it can't generate an electrical current to run a device and ultimately fails.

Materials with a higher lithium ion storage capacity are either too heavy or the wrong shape to replace graphite, the electrode material currently used in...

Im Focus: Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

Heidelberger Wissenschaftler und Ärzte beschreiben aktuell im Fachjournal „Nature“, wie Nervenzellen des Gehirns mit aggressiven Glioblastomen in Verbindung treten und so das Tumorwachstum fördern / Mechanismus der Tumor-Aktivierung liefert Ansatzpunkte für klinische Studien

Nervenzellen geben ihre Signale über Synapsen – feine Zellausläufer mit Kontaktknöpfchen, die der nächsten Nervenzelle aufliegen – untereinander weiter....

Im Focus: Stevens team closes in on 'holy grail' of room temperature quantum computing chips

Photons interact on chip-based system with unprecedented efficiency

To process information, photons must interact. However, these tiny packets of light want nothing to do with each other, each passing by without altering the...

Im Focus: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

92. Neurologie-Kongress: Mehr als 6500 Neurologen in Stuttgart erwartet

20.09.2019 | Veranstaltungen

Frische Ideen zur Mobilität von morgen

20.09.2019 | Veranstaltungen

Thermodynamik – Energien der Zukunft

19.09.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ferroelektrizität verbessert Perowskit-Solarzellen

20.09.2019 | Energie und Elektrotechnik

HD-Mikroskopie in Millisekunden

20.09.2019 | Biowissenschaften Chemie

Kinobilder aus lebenden Zellen: Forscherteam aus Jena und Bielefeld 
verbessert superauflösende Mikroskopie

20.09.2019 | Medizintechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics