Nanokristalle für neue Materialien
Feste, haltbare, leichte und flexible Oberflächen oder Materialien werden nach Kunststoffen der nächste große Entwicklungsschritt sein. Diese Materialien basieren auf der Nanotechnologie, um sämtliche gewünschte Eigenschaften zu realisieren, welche die moderne Wissenschaft ermöglicht. Das EU-finanzierte Projekt SA-Nano ("Self Assembly of Shape Controlled Colloidal Nanocrystals") untersuchte daher, wie spezielle Nanokristalle sich selbstständig organisieren können, um einige dieser neuen Oberflächen zu realisieren. In den letzten Jahren haben Nanokristalle zur Entwicklung von LEDs, Photovoltaikanlagen, neuen Elektrogeräten und biologischen Markierungen geführt, um nur einige Anwendungsbereiche zu nennen. Das Projekt zielte darauf ab, neue Nanokristallformen zu entwickeln, um mit Metallen Nanostäbchen und Tetrapode herzustellen, die Halbleiter- sowie Oxidspitzen aufweisen. Viele dieser neuen hybriden Nanokristalle wurden zum Zweck der Selbstorganisation mit Biomolekülen kombiniert. Die Verbindung zwischen diesen Nanokristallen erfolgte in einigen Fällen durch molekulare und biomolekulare Verbindungen, um kettenähnliche Baugruppen von Stäbchen und dreidimensionale Netzwerke von Tetrapoden herzustellen, sowie Propellerstrukturen und strukturierte Substrate. Die Ausrichtung der Stäbchen gelang durch Mikrofluide und verschiedene Werkzeuge, welche entwickelt wurden, um den Prozess der Selbstorganisation von Stäbchen und Tetrapoden zu modellieren. Nahwirkungseffekte auf die elektronischen und optischen Eigenschaften von formgesteuerten Nanokristallen wurden ebenfalls untersucht. Die Eigenschaften der Nanokristalle wurden unter Verwendung optischer und magnetischer Verfahren sowie mithilfe von Rastersondenverfahren untersucht, hierdurch gelangen weitere Einblicke zu ihrem Verhalten. Die neu ausgerichteten Baugruppen von Stäbchen und Tetrapoden wiesen neue Eigenschaften auf, die niemals zuvor beobachtet werden konnten. Dies ermöglichte es den Forschern, die Struktur und Einzelelektron-Ladeenergie bezüglich der Distanz zwischen benachbarten Nanostäbchen zu untersuchen. Im Gegensatz zu geordneten Multischichten von sphärischen Nanokristallen wiesen geordnete Gruppen von Nanostäbchen eine kohärente, unidirektionale Orientierung entlang einer gegebenen Richtung auf. Diese Materialien und Systeme mit vorhersagbarem Aufbau und vorhersagbarer Struktur ebnen den Weg für gezielte Anwendungen. Baugruppen magnetischer Nanostäbchen weisen auch neue kollektive magnetische Effekte auf. Tetrapode, die in einer Matrix aus einem leitenden Polymer eingebettet sind, werden nun in Dünnschichtphotovoltaikanlagen verwendet. So ist die Realisierung kostengünstiger Photovoltaikanlagen machbar, welche bezüglich der Umweltauswirkungen im Hinblick auf die Energieumwandlung umfangreiche Vorteile aufweisen. Diese neuen Nanokristalle werden auch bei der Katalyse, also bei der Abscheidung von Schadstoffen, hilfreich sein. Das SA-Nano-Projekt konnte die Möglichkeiten erfolgreich demonstrieren, ihre Ausnutzung in Anwendungen ist nur eine Frage der Zeit. Diese Vorteile weisen umfangreiches Potenzial für die industrielle Anwendung auf und werden der Industrie helfen.
