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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
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