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Inhalt archiviert am 2024-06-18
Toolbox for Directed and Controlled Self-Assembly of nano-Colloids

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Maßgeschneidertes Design für neue weiche Materiale

EU-geförderte Wissenschaftler entwickeln Designwerkzeuge, die Werkstoffingenieuren bei der Gestaltung neuer Verbundwerkstoffe helfen sollen. Bald schon werden maßgeschneiderte Funktionen für weiche Materiale über die kosten- und energiewirksame kontrollierte Selbstanordnung möglich sein.

Nanopartikel (NP) – Werkstoffe im Maßstab eines milliardstel Meters – weisen oft Eigenschaften auf, die sich stark von den Eigenschaften desselben Werkstoffs im Großformat unterscheiden. Mit ihrer Einbindung in Verbundwerkstoffe steht eine Revolution des Materialdesigns kurz bevor. Die Selbstanordnung von Nanopartikeln (NP) ist ein interessantes Phänomen, das, wenn es richtig kontrolliert wird, die kostenwirksame und groß angelegte Herstellung maßgeschneiderter Verbundwerkstoffe auf Nano-Grundlage zu einer real umsetzbaren Möglichkeit werden lässt. Wissenschaftler gründeten das EU-finanzierte Projekt "Toolbox for directed and controlled self-assembly of nano-colloids" (NANODIRECT), um Materialwissenschaftlern und Werkstoffingenieuren dabei zu helfen, genau dies zu erreichen. Aufgrund ihrer Lichtmanipulations-Eigenschaften (plasmonischen Eigenschaften) sind Gold- und Silbernanopartikel von besonderem Interesse. Wissenschaftler nutzten eine mikroskopische Vorlage mit regulärer Geometrie, um die Selbstanordnung dieser Partikel in hierarchische Strukturen auszurichten, und konnten so eine hervorragende Steuerung bestimmter optischer Reaktionen bewirken. Gold-Nanostäbchen wiesen lückenlose Wechselwirkungen auf und gestalteten ihre Selbstanordnung in stehende Übergitter. Stabförmige Viruspartikel wurden zur Steuerung ihrer Eigenschaften chemisch so modifiziert, dass sie wie haftende stabförmige Verbundwerkstoffe wirken, um den Effekt der Partikelform auf die Geleigenschaften untersuchen zu können. Die modifizierten Viren werden nun als Modellsysteme in der Physik der weichen Materie verwendet. Außerdem synthetisierte und untersuchte man hantelförmige Polymer-NP und entwickelte eine einfache doch vielseitige Methode zur gerichteten Selbstanordnung anisometrischer Polymerpartikel. Wissenschaftler untersuchen die NP-Migration in viskoelastischen Matrizen, ebenso wie die Wirkung verschiedener Ausrichtungswerkzeuge. Elektrische Felder wurden als führende Option zur Entwicklung von neuen experimentellen und theoretischen Werkzeugen bisher besonders gut charakterisiert. Die Anordnung an flüssigen Schnittstellen erwies sich als besonders vielversprechend für die Aufskalierung auf Industriebedingungen. Über Dispersion charakterisieren die Wissenschaftler auch die Beziehung zwischen Struktur und Chemie. Angesichts des vorherrschenden Bedarfs nach perfekter Steuerung der Selbstanordnung zur Gewinnung maßgeschneiderter Eigenschaften, ergänzt NANODIRECT konventionelle chemische Ausrichtungsmethoden unter Verwendung verschiedener Felder und Wirkstoffe, die als Vorlage dienen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie schließlich eine neue Toolbox bieten können, die Werkstoffingenieuren beim Design von kolloidalen Verbundwerkstoffen auf Nano-Grundlage helfen wird, was sich wiederum massiv auf aufkommende Anwendungsgebiete, einschließlich der Plasmonik, auswirken wird.

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