Smarter Materialbaukasten mit Goldnanopartikeln

Wissenschaftler am Leibniz‐Institut für Neue Materialien haben eine Möglichkeit entdeckt, wie man Nanopartikel aus Gold in eine Kristallstruktur einbringen kann, um Materialeigenschaften gezielt einzustellen. Die Ergebnisse wurden jüngst in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Strukturbildung auf kleinsten Skalen

„Welche Eigenschaft ein Material hat, ob es beispielsweise elektrischen Strom und Wärme gut leitet, Licht durchlässt oder eher hart oder weich ist, hängt auch davon ab, wie sich Atome, Moleküle und eben Nanopartikel anordnen. Wenn wir also gezielt steuern können, wie sich die Partikel anordnen, können wir in Zukunft gezielt die Eigenschaften eines Materials verändern“, erklärt Tobias Kraus, Leiter der Nachwuchsforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinsten Skalen. Der erste Schritt zu einem Material‐ baukasten nach Maß sei getan.

Diesen erreichten die Saarbrücker Materialforscher mit Goldnanopartikeln: „Es war bekannt, dass sich die sechs milliardstel Meter kleinen Teilchen manchmal von selbst anordnen. Dass sie ausgerechnet wohl geformte Kristalle bilden, wenn sie heiß sind, hat uns jedoch sehr überrascht“, sagt der Materialexperte Kraus. Für ihre Experimente verwendeten die Forscher Goldnanopartikel, die mit einer organischen Hülle versehen sind. So stellt jedes umhüllte Nanopartikel ein kleines Kügelchen dar. „Bei tiefen Temperaturen sind diese Hüllen fest“, vermutet Philip Born, der als Doktorand mit diesen Partikeln arbeitete. „Dadurch verhaken sich die Kügelchen, und es gibt chaotische Klumpen. Bei höheren Temperaturen schmelzen die Hüllen und -schmieren- die Anordnung der Kügelchen wie ein Gleitmittel: Plötzlich erhalten wir wohl geordnete Kristalle“, erklärt Born weiter.

Bisher haben die Forscher diese Idee nur für Goldnanopartikel und bestimmte Hüllen aus organischen Verbindungen, so genannte Alkylthiole, angewendet. Dafür sind keine besonders hohen Temperaturen notwendig; die Hüllen schmilzen schon bei rund 30°C. „Wenn wir dieses Prinzip auch auf andere Partikel anwenden können, haben wir ziemlich viele Varianten, die wir je nach Wunscheigenschaft zusammenstellen könnten. Damit wäre das Baukastenprinzip perfekt“, wünscht sich Kraus.

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