Nachwuchsgruppe BMBF NanoMatFutur

MÜKoN-Materialien aus Überstrukturen Maßgeschneiderter Kolloidaler Nanokristallbausteine

Nanomaterialien stoßen bereits heute auf ein breites Anwendungsinteresse. Nanopartikel spielen als Katalysatoren bei der Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff eine entscheidende Rolle. (Ein Katalysator beschleunigt chemische Reaktionen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er kann einen Reaktionszyklus viele Male durchlaufen.) Nanomaterialien können als Sensoren hochempfindlich und ganz spezifisch auf Spurenstoffe reagieren und können zu Analysen oder zum Umweltmonitoring eingesetzt werden. In der Biomedizin werden Nanomaterialien als Transporter für Wirkstoffe entwickelt, um Zielorgane spezifisch therapieren zu können. Zur optimalen Ausschöpfung des Anwendungspotentials, sowie um eine hohe spezifische Wirkung und hohe Aktivität der Nanomaterialien in der jeweiligen Anwendung zu erzielen, ist eine effiziente Größen- und Strukturkontrolle der Nanopartikel erforderlich.

Ziel des Projekts ist die Herstellung neuer funktionaler Materialien aus Nanoteilchen. Nanokristalle aus metallischen und halbleitenden Materialien werden zunächst form- und größenkontrolliert in Lösung hergestellt und im nächsten Schritt durch gezielte Strukturierung in die feste Form überführt. Dabei entstehen sog. Überstrukturen, die hochporös und vernetzt sind, große Oberflächen und hohe katalytische Aktivität aufweisen. Solche Materialien werden auch als Hydrogele oder Aerogele bezeichnet. Das große Anwendungspotential der Nanopartikelüberstrukturen wird an zwei Beispielen gezeigt und erprobt:

Hochempfindliche Sensoren werden aufgebaut, indem Überstrukturen aus sensitiven, metallischen oder halbleitenden Nanokristallen auf Elektroden abgeschieden werden. Durch geschickte Wahl der Nanopartikelbausteine entstehen Sensoren, die bei Lichteinstrahlung ein elektrisches Signal erzeugen, das auf die Konzentration eines Spurenstoffs schließen lässt. Mit solchen Detektoren können beispielsweise Schwermetallionen, Sprengstoffe oder auch Biomoleküle nachgewiesen werden. Als zweite Anwendung wird untersucht, wie sich durch geschickte Anordnung der formkontrolliert hergestellten Nanokristalle die Effizienz von lichtgesteuerten Katalysatoren z.B. bei der Wasserspaltung optimieren lässt.

BMBF-Programm                Werkstoffinnovationen für Industrie
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