Grüne Nanozylinder versprechen vielseitige Anwendungen: So stecken sie zum Beispiel bereits in Bildschirmen moderner QLED Fernseher. Sie bestehen aus Cadmiumselenid mit zylinderförmigen Schutzhüllen, wobei die äußerste Stabilisationsschicht eine organische Hülle ist, deren Kohlenwasserstoffketten wie kleine Härchen nach außen ragen. Ihren Namen verdanken die Nanopartikel ihrem stark ausgeprägten grünen Leuchten. „Der Vorteil von solchen Nanopartikeln ist, dass ihre optischen Eigenschaften und damit die Farbe des Leuchtens durch ihre Größe eingestellt werden können. Darüber hinaus können anorganische Teilchen im Gegensatz zu ihren organischen Gegenstücken nicht ausbleichen“, sagt Prof. Dr. Tobias Unruh vom Institut für Kristallographie und strukturelle Physik der FAU.
Schutzhüllen konservieren die Eigenschaft der Nanopartikel
Forscherinnen und Forscher können spezielle Eigenschaften der Nanopartikel einstellen, indem sie ihre chemische Zusammensetzung, Struktur aber auch ihre Größe, Form und Grenzflächenbeschaffenheit ändern. Das Problem ist, dass die Nanopartikel im Kontakt mit Molekülen ihrer Umgebung diese besonderen Eigenschaften ganz oder teilweise verlieren. Die Schutzhüllen sollen das verhindern und zudem den Kontakt untereinander steuern. Aktuell fehlen jedoch Methoden und Modelle, die die Herstellung solch komplexer Nanopartikel mit maßgeschneiderten Eigenschaften vorhersagen. Dafür hat das Forscherteam die Struktur bereits bekannter Nanopartikel genau untersucht.
Neutronen zeigen die Stabilität der Hülle
Bei der Herstellung der Nanopartikel werden organische Moleküle hinzugegeben, die teils zur Synthese benötigt, teils in die Hülle selbst eingebaut werden. Am Ende müssen die Reste der organischen Moleküle ausgewaschen werden, ohne die Hülle selbst abzutragen. Bislang war unklar, wie sehr die Hülle darunter leidet. „Mithilfe der Neutronen konnten wir die organische Hülle genauer betrachten“, sagt Dr. Sebastian Busch, Instrumentwissenschaftler am SANS-1 Instrument des MLZ, an dem die Nanopartikel untersucht wurden. Neutronen eignen sich hervorragend für diese Untersuchung, denn, wenn man im Lösungsmittel Wasserstoff durch Deuterium ersetzt, kann man die Hülle sehr leicht von ihrer Umgebung unterscheiden. Die Forscherinnen und Forscher zeigten mit den Neutronenmessungen, dass der Waschvorgang die Hülle nicht nur unbeschadet lässt, sondern sogar verstärkt.
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Originalpublikation:
Lin, W., Greve, C., Härtner, S., Götz, K., Walter, J., Wu, M., Rechberger, S., Spiecker, E., Busch, S., Schmutzler, T., Avadhut, Y., Hartmann, M., Unruh, T., Peukert, W., Segets, D., Unraveling Complexity: A Strategy for the Characterization of Anisotropic Core Multishell Nanoparticles. Part. Part. Syst. Charact. 2020, 37, 2000145.
https://doi.org/10.1002/ppsc.202000145
Weitere Informationen:
Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik der FAU: https://www.lfg.tf.fau.de/institute/
Institute for Crystallography and Structural Physics der FAU: https://www.icsp.nat.fau.eu/
Forschungsgruppe von Prof. Doris Segets (UDE): https://www.uni-due.de/ivg/segets-group/
Merck KGaA, Electronics: https://www.merckgroup.com/de/company/who-we-are/electronics.html