Nanomaterialien nach Maß
In Nanokompositen aus Metallnanopartikeln in Oxidstrukturen lassen sich die magnetische Eigenschaften und das Absorptionsverhalten von Licht nach Wunsch beeinflussen.
Mikroskopisch dünne Halbleiterfilme mit besonderen elektronischen, magnetischen oder optischen Eigenschaften sind in der Industrie gefragt, weil sie den Bau kompakter und effizienter Geräte ermöglichen – sie finden sich in Solarzellen, Leuchtdioden oder auch Bauelementen der digitalen Elektronik. Besonders interessant sind nanostrukturierte Materialien, bei denen mehrere Eigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit und die optischen Fähigkeiten gezielt kontrolliert werden können. An der Universität Bielefeld haben Chemiker in zehn Jahren Forschungsarbeit hierfür ein Baukastensystem entwickelt: Sie stellten Nanokomposite aus Metallnanopartikeln in Oxidstrukturen her, deren Eigenschaften sich nach Wunsch beeinflussen lassen.
Abb.: Wie Rosinen im Kuchen sind im Nanokomposit die Metallnanopartikel in die Oxidmatrix eingebettet. Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt ein einzelnes Silbernanoteilchen in einer Zinkoxidmatrix. (Bild: U. Bielefeld)
Die Forscher verwenden dafür katalytisch angetriebene Gasphasenabscheidung, das Verfahren entwickelten sie mit Partnern an der Universität Bremen und der Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig (PTB), die spezielle Nachweisverfahren bereitstellten. Konkret geht es darum, winzigste Metallpartikel, die etwa eine Million mal kleiner als ein Cent-Stück sind, kontrolliert in eine ultradünne Struktur aus funktioneller Oxidkeramik einzubetten und die Eigenschaften des so entstandenen Nanokomposits dann gezielt zu beeinflussen.
Dabei spielen die chemische Natur der Partikel, ihre Größe und ihre Verteilung in der Struktur ebenso eine Rolle wie die Eigenschaften des umgebenden Oxidmaterials. Erstmals konnte die Gruppe um Naoufal Bahlawane – jetzt am Centre de Recherche Public Gabriel Lippmann in Luxemburg – und Katharina Kohse-Höinghaus in ihrem Prozess Oxidmatrix und Nanopartikel völlig unabhängig voneinander kontrolliert verändern, um die Absorption von Licht damit in einem bestimmten Wellenlängenbereich anzupassen. Ebenso können sie auf diese Art Magneteigenschaften gezielt beeinflussen. Damit eröffnen sich Möglichkeiten für Anwendungen solcher Nanokomposite in der Herstellung von Solarzellen, für die durch Sonnenlicht angetriebene Katalyse oder für die Datenspeicherung in digitalen Geräten.
Besonders praktisch an dem neuen katalytisch getriebenen Verfahren sei, dass es mit der in der Halbleiterindustrie bereits etablierten Methode der Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) kompatibel ist. Daher wäre eine Anpassung an den Bielefelder Ansatz voraussichtlich mit jetzigen Produktionsanlagen möglich.
U. Bielefeld / OD
