16.03.2011

Kontrollierte Herstellung neuer funktionaler Materialien

Platzierung von Nanopartikeln ermöglicht die Steuerung des Wachstums poröser metallorganischer Gerüstverbindungen.

Platzierung von Nanopartikeln ermöglicht die Steuerung des Wachstums poröser metallorganischer Gerüstverbindungen.

Einem internationalen Forscherteam aus Australien, Italien und Österreich ist die Herstellung von hoch geordneten,

porösen Kristallen, die extrem große Oberflächen aufweisen, gelungen. Sie entwickelten eine spezielle Methode, die sowohl die volle Kontrolle über Ort und Art des Kristallwachstums als auch die Wachstumsgeschwindigkeit ermöglicht.

Ein Gramm solcher poröser metallorganischer Gerüstverbindungen (MOF) besitzt eine Oberfläche von mehr als drei Fußballfeldern. Die raumfüllenden Poren können als Schwämme genutzt werden, die Gase wie Wasserstoff, Kohlendioxyd oder Erdgas speichern können. Ebenso könnten sie als Nanosiebe zur Reinigung von Gasen oder Flüssigkeiten als auch in der Medizin als Wirkstoffspeicher und -transporteur eingesetzt werden.

Abb.: In die Löcher des röntgenlithographisch strukturierten Substrats (oben links, 100 μm Balken) werden Mikropartikel platziert (oben rechts, 10 μm). Unten links (50 μm) ist das Kristallwachstum nach 5 h, unten rechts (200 μm) nach 10 h zu sehen. (Bild: P. Falcaro et al., Nat. Comm.)

Bisher waren viele der potenziellen Anwendungsmöglichkeiten der MOFs durch ihre langwierige Herstellung und die fehlende Wachstumskontrolle eingeschränkt. Dieses Problem lösten sie, indem sie die Methode des so genannten „Seedings“ entwickelten. „Als entdeckt wurde, dass die MOF-Kristalle durch die Beigabe von keramischen, sphärischen Mikropartikeln gezielt zum Wachstum gebracht werden können, war es nur ein kleiner Schritt diese Eigenschaft auf mikrogefertigten 3D-Oberflächen zu nutzen, welche mit der Röntgenlithographie bei ELETTRA hergestellt wurden. Das Wachstum konnte durch die Platzierung der „Seeds“ in den Oberflächenkavitäten kontrolliert und gesteuert werden“, so Benedetta Mermiroli vom österreichischen Institut für Biophysik und Nanosystemforschung (IBN). 

Um die Flexibilität dieses Ansatzes zu zeigen, wurden auch die Eigenschaften der „Seeding“ Teilchen durch Zugabe von aktiven Nanopartikeln – magnetisch, lumineszierend, katalytisch oder photochrom – verändert, ohne die Eigenschaften der MOFs zu beeinflussen.

ÖAW / KK

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