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Nanomaterialien zum Anfassen

AC V Hauptseminar 01.02.2011

antibakteriell

elektrisch leitend

superparamagnetisch

selbstreinigend

uv - absorbierend

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NanoNano (griech.: Nanos = Zwerg)Ein Milliardstel eines Meters (nm = 10-9m)Teilchen zwischen 1 – 100 nm

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Nanomaterialien - Nanoobjekte

Nanopartikel (in 3 Dimensionen nanoskalig)

Nanoplättchen (in 1 Dimension nanoskalig)

Nanofasern (in 2 Dimensionen nanoskalig)

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Nano - Interdisziplinarität

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Warum Nano?

quantenmechanisch ? klassische Physik

Übergänge zwischen den Eigenschaften von Molekülen und Festkörpern

Ungewöhnliche Eigenschaften von Nano-Objekten

Größenabhängigkeit der Eigenschaften Oberflächeneffekt Größenquantisierungeffekt

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Oberflächen – Volumen - Verhältnis

KantenlängeEckatomeKantenatome (ohne Eckatome)Seitenflächenatome (ohne Eckatome)OberflächenatomeAtome im Inneren

100 nm8

11.9765.976.0245.988.008

994.011.992

10 nm8

1.17657.62458.808

941.192

1 nm8

96384488512

1.000 Atomen =Volumen 1.000.000.000 Atome

100 Atome = Volumen 1.000.000 Atome

10 Atomen =Volumen 1000 Atome

Oberflächen – Volumenverhältnis 0,006 0,062 0,953

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OberflächeneffekteKoordinationszahlen Bindungsenergie

Eigenschaften ändern sich ~ 1/r

Koodinatonszahl nimmt mit Partikelradius ab

Bindungsenergie nimmt mit Partikelradius ab

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Schmelzpunkterniedrigung

Anwendung der Oberflächeneffekte:Schmelzpunkterniedrigung Sintern („co-firing“)Steigerung der chemischen Reaktivität Einsatz als Katalysator

Schmelzpunkterniedrigung

0

200

400

600

800

1000

1200

0,091 0,12 0,238 0,333 0,435 0,5 0,556 0,625 0,714 0,769

1/Partikelradius [1/nm]

Sch

mel

zpu

nkt

C]

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Größenquantisierungseffekt

Quantisierung derEnergiezuständeBandlücke größenabhängigMetall – Nichtmetal Übergang

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Nano - Leuchtstoffe

Farbe der Suspension

Größenabhängige Bandlückemit Emissionsfarbe

Lichtemission der Suspension

Anwendung: Molekuarbiologie, medizinische Diagnostik, Sicherheitsmarker

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Herstellungsmethoden

Problem: Agglomeration!

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Problematik: AgglomerationOberflächenmodifizierung – agglomeratfreie Stabilisierung:

Elektrostatische StabilisierungAdsorption von Ionen auf OberflächeAusbildung elektrischer DoppelschichtCoulomb – Abstoßung

Sterische Stabilisierungsterisch anspruchsvolle Schutzhüllenmoleküle

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Oberflächenmodifizierung

Maßgeschneiderte EigenschaftenHydrophopie/Hydrophilie,

Polymersation

Funktionelle Gruppen:x = Alkyl, Arylx = Mehrfachbindungen z.B. C=C, C≡Nx= -NR2, -COOH, -SH

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Anwendung: Oberflächenmodifizierung

Überführung in unpolare Dispersionsmittel

Zugabe unpolarer Phase Unpolare Oberflächenfunktionalisierung

Synthese in wässriger Phase

Kunststoffe, medizinische Diagnostik

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Magnetische Flüssigkeiten

Bestandteile einer stabilen, kolloidalen Dispersionen magnetisierbaren Kern (2 nm – 20 nm)

Eindomänenpartikel Oberflächenbeschichtung Trägerflüssigkeit

Stabilität: Agglomeration, Sedimentation, Segregation

Verknüpfung flüssiger Eigenschaften und magnetischer Eigenschaften

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Magnetische Flüssigkeiten

Einfluss durch äußeres Magnetfeld:

kein Magnetfeld: stat. Verteilung Σm = 0

stat. Magnetfeld: Ausrichtung Σm > 0

keine Hysterese Superparamagnetismus

Anwendung: biomedzinische und technische Bereiche

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Anwendung: Krebsbekämpfung mit magnetischen Nanopartikeln

Tumorzelle Nanopartikel

Injektion mag. Wechselfeld

Wärmeentwicklung ZerstörungAbbau durch Körper

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Quellenangabe:Emil Roduner, Size matters: why nanomaterials are different, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 583

Herman Sander Mansur, Quantum dots and nanocomposites,2010 John Wiley & Sons, Inc., March/April 2010, Volume 2

S. Becht, S. Ernst, R. Bappert, C. Feldmann, Nanomaterialien zum Anfassen, Ch. in unserer Zeit, 2010,44, 14-23

Stefan Odenbach, Ferrofluide – ihre Grundlagen und Anwendungen,Physik in unserer Zeit, 32. Jg. 2001 , Nr. 3

C. Raab, M. Simkó*, U. Fiedeler,M. Nentwich, A. Gazsó,Herstellungverfahren Nanopartikel und Nanomaterialien,NanoTrust-Dossier, November 2008, Nr. 006

Fonds der Chemischen Industrie im Verband der Chemischen Industrie e. V., Wunderwelten der Nanomaterialien, FCI, September 2005;

MagForce Nanotechnologies AG, Nano-Krebs®-Therapie, FighingCancer withNanomedicine, Company Presentation, January 2011

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Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!