Einblicke in die Nanowissenschaft / Nanotechnologie

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Regina Giese
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1 Einblicke in die Nanowissenschaft / Nanotechnologie Eigenschaften und Technische Bedeutung Ausgewählte Beispiele

2 Eigenschaften von Nano-Materialien

3 Eigenschaften von Nano-Materialien

4 Eigenschaften von Nano-Materialien

5 Technische Perspektiven / Computer

6 Technische Perspektiven / Consumer

7 Technische Perspektiven / Pentagon

8 Technische Perspektiven / NASA

9 Ausgewählte Beispiele aus der Literatur und der eigenen Forschungspraxis (Univ.Mainz,, Physikalische Chemie, )

10 Schmutz-abweisende berflächen

11 Kratzfeste Lackierungen

12 Kohlenstoff-Nanotubes

13 Kohlenstoff-Nanotubes

14 Metallische Nanopartikel - Platin

15 Metallische Nanopartikel - Gold Größe der Nanopartikel bestimmt deren Farbe!

16 Metallische Nanopartikel - Gold (einfache Synthese aus Goldsäure + Citrat) Add 20 ml of 1.0 mm HAuCl4 to a 50 ml Erlenmeyer flask on a stirring hot plate. Add a magnetic stir bar and bring the solution to a boil. To the boiling solution, add 2 ml of a 1% solution of trisodium citrate dihydrate. Gold sol gradually forms as the citrate reduces the gold(iii). Stop heating when a deep red color is obtained. Stock Solutions for 25 batches 1.0 mm hydrogen tetrachloroaurate: Dissolve 0.1 g HAuCl4 in 500 ml distilled water. This stock solution of gold(iii) ions can be prepared in advance if stored in a brown bottle. 1% trisodium citrate: Dissolve 0.5 g Na3C6H57.2H2 (sodium citrate) in 50 ml distilled water. 1 M NaCl: Dissolve 0.5 g of NaCl in 10 ml distilled water.

17 CdSe-Nanopartikel ( Quantum Dots )

18 CdSe-Nanopartikel ( Quantum Dots )

19 Superfluoreszente Nanopartikel auf Silikonbasis Doktorarbeit von Frau Christina Graf, Mainz 1999

20 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel Polykondensation von Trimethoxysilanen in wässriger Emulsion zu hochvernetzten sphärischen Nanopartikeln X Me Si Me H 2, H - or H + X Me Si H Me Me Me Me Me Me X Si H + H Si X X Si Si X Me Me Me Me SiX XSi SiX XSi SiX XSi SiX XSi SiX

21 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel - I (CH 3 ) 3 Si-CH 3 / (CH 3 ) 3 Si-X in H 2 / H - or H + / surfactant Me Me Si H Cl Me H hydrophobisation/passivation of SiH-surface groups with (CH 3 ) 3 Si-C 2 H 5 = X = surfactant

22 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel - I esterification of CH 2 Cl-groups ( ) with -C - Me H Me Si Cl + -C - Me H

23 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel - II

24 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel - I

25 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel - II

26 Fluoreszierende Silikon-Nanopartikel I,II Nanopartikel II Nanopartikel I

27 Magnetische Nanopartikel (Speicher)

28 Magnetische Nanopartikel (Speicher) Technische Anwendungen des Magnetismus: - Kompass - Elektromagnet => Elektromotor, Transformator - Speichermedien : Ton- und Videobänder, Computer-Festplatten, Arbeitsspeicher Möglichst hohe Speicherdichte ( z.z.:.: 1 Bit = (180 nm) 2 Magnet. Domäne, jährlicher Zuwachs Bit/mm 2 seit 1990 : 60 %!!! )

29 Magnetische Nanopartikel (Speicher) T > Tx T < Tx => Hysterese 2,0 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 M [a.u.] 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2, H [a.u.] M [a.u.] 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2, H [a.u.] Hysterese => Bistabiler Zustand, Datenspeicher

30 Magnetische Nanopartikel (Speicher) Mn12: [Mn 4+ 4 Mn3+ 8 (CH 3 C) 16 (H 2 ) 4 12 ] Mn 4+ : 4s 0 3d 3, oktaedrischer high-spin-komplex Mn 3+ : 4s 0 3d 4, verzerrt-oktaedrischer high-spin-k. 3 Gesamtspin: S = =10

31 Magnetische Nanopartikel (Speicher) Hysterese der Magnetisierung

32 Magnetische Flüssigkeiten

33 Künstliche Lichtenergiespeicher

34 Künstliche Lichtenergiespeicher e -

35 Kapseln aus photoreaktiven Nanopartikeln als Licht-empfindliche Container Doktorarbeit von Frau Xiaofeng Yuan,, Mainz 2005

36 Photoresponsive Mikrokapseln - Schema Wasser-Öl-Wasser-Emulsion Photoreaktive Nanopartikel Verkapseltes Substrat Verdampfung des Toluols Photovernetzung Photospaltung

37 Photoresponsive Mikrokapseln - Synthese photoreaktiver Nanopartikel Veresterung von CH 2 Cl-Gruppen mit -C - Me H Me Si Cl Methyltrimethoxysilan- Chlorbenzyltrimethoxysilan- Nanopartikel Me H > 450 Farbst./Nanop. 2 N C - Nitrozimtsäure

38 Reversible Vernetzung bei geeigneter Bestrahlung Zimtsäure-Nanop. in THF (c = 10g/l) λ > 300 nm λ = 250 nm 100 R h /nm t irr /min

39 Clusterbildung in sphärischen Toluol-Mikroschalen W//W-Emulsionen als Templat H gew% Zimts.-Nanopartikel in Toluol + externe Wasserphase W/ - Emulsion H 2 H 2 Fluoreszenzaufnahme der Toluol-Mikroschalen (kontrastiert über CdSe- Nanopartikel (- 10 µm) W//W - Emulsion

40 Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen photolytisch gespaltener Mikrokapseln 1 µm Toluol: 10 gew% Nanop. 0.1 µm 0.2 µm 0.2 µm Toluol: 5 gew% Nanop.

41 Zukunft des Projektes Reduktion von Kapselgröße und Polydispersität (Ziel: Nanokapseln (R ca. 200 nm)) Variation von optischer und mechanischer Stabilität Wechsel zu Anwendungs-freundlicheren Farbstoffsystemen (kein UV-B-Licht!) Systematische Untersuchung der kontrollierten Substrat-Freisetzung

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