Selbstanordnende Nanopartikel in Geräten
Nanopartikel verändern Bereiche, die von Materialwissenschaften über Biomedizin bis hin zum Energiesektor reichen. Ein Konsortium entwickelte im Rahmen des Projekts "Metallic and semiconducting nanoparticle source for electronic and optoelectronic applications" (NANOSOURCE) neuartige Anwendungen, die Systeme aus selbstanordnenden geladenen Nanopartikeln einsetzen. Das Team konnte eine Vakuum-basierte Technik, die von einem Projektpartner entwickelt wurde, perfektionieren, um so geladene Nanopartikel herzustellen und auf Substrate aufzutragen. Die Partner stellten Nanopartikel von einer Größe zwischen zwei und zehn Nanometern her, die über eine beispiellose Oberflächendichte der berührungsfreien Partikel von bis zu drei Partikeln pro Quadratzentimetern verfügten. Es gelang ihnen, die Dichte weiter erhöhen, und somit eine durchgängige Molekularschicht sich berührender Nanopartikel oder mehrere Schichten von Nanopartikeln herzustellen. Um die Ladungseigenschaft der mit dieser Technik hergestellten Nanopartikel nutzbar zu machen, untersuchten die Forscher die elektrostatische Selbstanordnung. Sie produzierten eindimensionale Felder in Reihen, die durch konventionelle Lithografie festgelegt werden. Die Wissenschaftler nutzten die Eigenschaft der geladenen Partikel, sich vorzugsweise an scharfen Kanten abzulagern, und formten Nanodrahtfelder, die aus dicht gepackten Nanopartikeln von einer Breite von weniger als 30 Nanometern bestehen. Mithilfe der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie, einer Technik zur Erkennung einzelner Moleküle, wiesen sie gegenüber den isolierten Nanopartikeln auf einem flachen Substrat eine erhöhte Sensibilität nach. Die Wissenschaftler untersuchten auch Anwendungen mit zweidimensionalen Nanopartikel-Strukturen, die beeindruckende Ergebnisse zeigten. Es wurden sowohl Belastungssensoren als auch chemische Sensoren entwickelt. Die Sensoren nutzten die Widerstandsänderungen, die - aufgrund der Ladung oder aufgrund der Bindung mit einem Analyten - mit den Veränderungen des Abstands zwischen den Partikeln korreliert. Die chemischen Sensoren konnten erfolgreich flüchtige organische Verbindungen bestimmen und Feuchtigkeit erkennen. Die Forscher haben auch Speichergeräte wie Flash-ähnliche Speicher vorgeführt, die Ladung in metallischen Nanopartikeln speichern können sowie einen sogenannten Memristor (Widerstandsspeicher) mit verbesserten Eigenschaften und einer vereinfachten Verarbeitung. Diese neuartigen Konfigurationen geladener Nanopartikel mit kontrollierter Größe und Dichte haben die Sensortechnik und Speichergeräte über den neuesten Stand der Technik hinaus gebracht. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie verspricht eine rasche Vermarktung der Ergebnisse, die große Wirkung erzielen wird.
Schlüsselbegriffe
Nanopartikel, selbstanordnend, geladen, Dichte, Sensoren, Speichergeräte
