Nano-Pusteblumen

Ein neues Verfahren ermöglicht die einfache kontrollierte Synthese von Nanodrähten und dreidimensionalen Bleisulfid-Mikrostrukturen.

Unter dem Elektronenmikroskop sehen sie aus wie Pusteblumen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie erklären Xiao-Fang Shen und Xiu-Ping Yan, was hinter ihren nanoskopischen Blumensträußchen steckt: Es handelt es sich um aufgespreizte Bündel von Nanodrähten aus Blei und der Aminosäure l-Cystein.Die chinesischen Forscher haben einen neuen, kostengünstigen Weg entdeckt, wie sich definiert angeordnete Nanostrukturen bei Raumtemperatur unter Atmosphärendruck auch in großem Maßstab herstellen lassen.

Die Eigenschaften von Nanomaterialien werden nicht nur von ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmt, sondern auch von anderen Charakteristika, wie Struktur und Morphologie sowie der Form, Größe und räumlichen Anordnung der einzelnen Partikel. Entsprechend wichtig für den Aufbau zukünftiger Nanobauteile ist es, Nanomaterialien mit kontrollierter „Architektur“ herzustellen. Eindimensionale Nanoobjekte beispielsweise, „Nanodrähte“, werden für die (Opto-)Elektronik der Zukunft und zum Aufbau übergeordneter Strukturen gebraucht.

Dank ihrer speziellen Strukturen und faszinierenden Möglichkeiten zur Selbstorganisation sind Biomaterialien besonders interessante „Gussformen“ zur Herstellung definierter anorganischer Nanostrukturen. Vor allem die Aminosäure Cystein geht leicht mit anorganischen Kationen und Metallen Koordinationsverbindungen ein.

Das Forscherteam von der Nankai University in Tianjin ging von einer wässrigen Lösung von Cystein und Bleiacetat aus. Bei Raumtemperatur und unter den gewählten Bedingungen bilden sich daraus spindelförmige Bündel aus Nanodrähten. Diese spreizen auseinander und bilden pusteblumenartige Strukturen mit hochorientierter Morphologie.

Beim Erhitzen unter hydrothermischen Bedingungen zersetzen sich die Pustblumen. Dabei entstehen, je nach Reaktionsbedingungen, hierarchisch aufgebaute Bleisulfid-Mikrostrukturen mit verschiedenen attraktiven Formen: sphärische, nadelförmige und diverse blumenartige Gebilde. Bleisulfid ist ein wichtiges Halbleitermaterial.

„Unser neues Verfahren ermöglicht die einfache kontrollierte Synthese von Nanodrähten und dreidimensionalen Bleisulfid-Mikrostrukturen“, fasst Yan zusammen. „Außerdem erhoffen wir uns neue Erkenntnnisse über die prinzipiellen Vorgänge bei der Mineralisation, also der Umwandlung bioorganischer Nano- und Mikrostrukturen in anorganische, einen Vorgang, der auch in Lebewesen abläuft und eine wichtige Rolle spielt.“

Quelle: Angewandte Chemie

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Xiao-Fang Shen, Xiu-Ping Yan, Facile Shape-Controlled Synthesis of Well-Aligned Nanowire Architectures in Binary Aqueous Solution, Angewandte Chemie, Published Online (23. Aug 2007):
  http://dx.doi.org/10.1002/ange.200702451
• Nankai University, Tianjin (China):
  http://www.nankai.edu.cn/english/