Neue Verfahren zur passgerechten Abstimmung von Nanomaterialien
Dank ihrer extrem geringen Größe sind nanostrukturierte Materialien die Hauptbausteine für die Herstellung komplexer Bauelemente mit speziellen Wunschfunktionen. Nach physikalischer oder chemischer Manipulation finden sie wichtige Anwendungen auf verschiedenen Gebieten einschließlich dem Elektronik- und Energiesektor. Im Rahmen von NANEL (Functional ordered nanomaterials via electrochemical routes in non-aqueous electrolytes) griff ein internationales Team von Forschern anstelle von wässrigen Lösungen auf bei Umgebungstemperatur geschmolzene Salze und ionische Flüssigkeiten zurück, um Nanomaterialien zu funktionalisieren. Durch den Einsatz von nichtwässrigen Lösungen geraten für bestimmte Materialien etliche Vorteile ins Blickfeld. Dazu gehören Materialien, die in Wasser nicht stabil sind oder aufgrund des relativ schmalen elektrochemischen Fensters von Wasser nicht galvanisch abgeschieden werden können. Dem Forschungsteam gelang nun die Entwicklung funktioneller poröser anodischer Oxide einschließlich Aluminiumoxid und Titandioxid. Zu diesem Zweck untersuchten die Forscher auf umfassende Weise, wie hochgeordnete nanoporöse Vorlagen zu bilden sind, und erkundeten die Galvanisiermechanismen nichtwässriger Elektrolyten. In einer allerersten Demonstration schieden sie ionische Flüssigkeitsionen auf einer porösen Aluminiumoxidvorlage ab, die auf einem Aluminiumsubstrat gezüchtet wurde, ohne die Sperrschicht vollständig zu entfernen. Eine wichtige Maßnahme waren Modellierung und Simulation der elektrochemischen Keimbildung und des Wachstums verschiedener Nanostrukturen. Ein neu entwickeltes Modell auf Basis von Multiionentransport und -reaktionen half bei der Beschreibung der Phänomene, die während der Ionenabscheidung stattfinden. Mittels geeigneter Behandlung bei Temperaturen nahe von deren Schmelzpunkt bilden metallische Nanodrähte Vorstufen zum Wachstum von halbleitenden Nanodrähten. Deshalb ist das Schmelzverhalten der Metallstrukturen in Oxidmustern ein Schlüsselparameter für den nachfolgenden Umwandlungsprozess. Aus diesem Grund haben die Forscher die Wirkung der generierten mechanischen Spannung während der Erwärmung auf den Schmelzpunkt der auf den Aluminiumoxidporen abgeschiedenen Metallnanodrähte weitergehend erkundet. Dieser Untersuchung zufolge wird eine extrem hohe lokale Druckspannung aufgrund der Differenzen der Wärmekoeffizienten des Oxidgerüsts und der Nanodrähte innerhalb der Poren deutlich. Eine weitere Errungenschaft war die Synthese von magnetischen Oxidnanopartikeln und gemischten Sulfidverbindungen für Sensoren bzw. Solarzellen. Neben den Publikationen in 16 von Experten begutachteten Fachzeitschriften wurden die Projektresultate auf zahlreichen internationalen Konferenzen vorgestellt. Überdies wurde ein gemeinsamer Workshop organisiert, um die Aktivitäten der Forscher zu verbreiten und die Vernetzung zwischen den Forschenden zu verbessern.
Schlüsselbegriffe
Nanomaterialien, funktionelle Nanomaterialien, elektrochemisch, wässrig, Elektrolyte
