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AG Nanopartikel

Nanostrukturierte Materialien zeigen größenabhängige elektronische, optische, chemische und magnetische Eigenschaften. Zur Untersuchung dieser Eigenschaften ist es notwendig, Nanopartikel in einer möglichst homogenen Größenverteilung herzustellen. Die Arbeitsgruppe Nanopartikel  beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von Nanopartikeln aus Übergangsmetalloxiden. Dabei  liegt der Schwerpunkt auf Partikeln aus Eisen- und Manganoxid. Es werden dabei nicht nur phasenreine Nanopartikel synthetisiert, sondern unser besonderes Interesse liegt auf der Herstellung von Core-Shell-Systemen und Komposit-Partikeln, die sowohl eine Eisenoxid- als auch eine Manganoxid-Phase beinhalten.

Synthese von Nanopartikeln

Die Synthese der Nanopartikel erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird ein Precursor hergestellt, der in einer weiteren Reaktion thermisch zersetzt wird. Dieser Precursor besteht aus einer metallorganischen Verbindung, genauer dem entsprechenden Metalloleat-Komplex. Dieser Komplex kann in einem hochsiedenden Lösungsmittel thermisch zersetzt werden, wodurch durch homogene Nukleation monodisperse Nanopartikel entstehen. Durch Variation der Syntheseparameter oder die Zugabe von oberflächenaktiven Substanzen kann die Form und Größe der Partikel beeinflusst werden.

Charakterisierung der Nanopartikel

TEM-Aufnahme von Eisenoxid-Nanopartikeln

Die Charakterisierung von Nanopartikeln erfolgt mit den am Lehrstuhl zur Verfügung stehenden ober­flächen­sensitiven Mess­me­tho­den. Darunter fallen u.a. die Raster­kraft­mi­kro­sko­pie sowie die Trans­mis­sions­elek­tro­nen­mikroskopie ( siehe Abbildung rechts). Diese beiden Methoden ermöglichen die Bestimmung der Partikelgröße und -form. Zur Bestimmung der Kristallstruktur wird die Rönt­gen­dif­frak­to­metrie sowie Elek­tro­nen­beu­gung am Trans­mis­sions­elek­tro­nen­mikro­skop an­ge­wen­det. Energiegefilterte Trans­mis­sions­elek­tro­nen­mikroskopie gibt Aufschluss über die Elementverteilung innerhalb der Partikel mit einer sehr hohen Ortsauflösung. Ein Beispiel ist in folgender Abbildung dargestellt. Das Element-Mapping in a) zeigt, dass die rund 10nm großen Partikel je zur Hälfte aus Eisenoxid (rot dargestellt) und Manganoxid (grün dargestellt) bestehen. Eine Fourieranalyse (c) des hochauflösenden TEM-Bildes (b) ergibt das gleiche Resultat. Dabei wurde das rücktransformierte Signal, das zu der Spinellstruktur des Eisenoxids gehört, rot eingefärbt und das Signal der MnO-Struktur grün. Es ergibt sich eine mit a) vergleichbare Struktur, zusätzlich jedoch wird die kristallographische Orientierung der beiden Phasen zueinander sichtbar.

Eisenoxid-manganoxid-Kompositpartikel

Ansprechpartner:

Aladin Ullrich

Arbeitsgruppenmitglieder:

Martin Fischer