Edelmetall-Nanopartikel
Edelmetall-Nanopartikel mit anderen Eigenschaften als die von Bulk-Metallen und Molekülen
Wir widmen uns der Entwicklung neuer Materialien wie etwa dem Entwurf, bzw. der Synthese von Edelmetall-Nanopartikeln, die neue, in konventionellen Materialien nicht gefundene Funktionen aufweisen, welche zur Problemlösung in diversen Bereichen unserer Gesellschaft herangezogen werden können.
Mit Polymer geschützte Nanopartikel
Nanopartikel, deren Größe im Allgemeinen zwischen 1 und 100 nm definiert ist, weisen einzigartige Eigenschaften auf, anders als jene von Bulk-Metallen und Molekülen, und sie könnten in vielen Bereichen, zum Beispiel als Katalysatoren, eingesetzt werden. Durch Modifizierung der Oberfläche der Nanopartikel mit einem Polymer, das als Schutzmittel dient, können sie stabil in einem Lösungsmittel dispergiert werden.
■Edelmetall-Nanopartikel
Typische Nanopartikel-Lösungen, die als Proben zur Verfügung gestellt werden
(wt.%) |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Au PVP | Au | 5～10 | PVP※1 | 4 | Water | |
| Pt PVP | Pt | 2 | ||||
| Pd PVP large | Pd | 5～20 | ||||
| Pd PVP fine | 4 | |||||
| Pt PAA | Pt | 2 | PAA※2 | 2 | ||
| Pt PEI | Pt | 3～5 | PEI※3 | ～0.5 | ||
- *1：PVP；Polyvinylpyrrolidon
- *2：PAA；Polyacrylsäure
- *3：PEI；Polyethylenimin
- Auf Anfrage stellen wir auch maßgeschneiderte Proben her.
- *Bitte kontaktieren Sie uns bezüglich Massenproduktion.
■TEM Aufnahmen
Pt PVP
Pd PVP
Gold-Nanoschalen-Partikel
Gold-Nanoschale mit einer Dicke von 10 nm
Es handelt sich hierbei um Silizium-Nanopartikel, deren Oberfläche mit Au beschichtet ist (Gold-Nanoschalen-Partikel). Die Gesamtgröße der Gold-Nanoschalen-Partikel kann zwischen 80 nm und 250 nm eingestellt werden, was zu einem breiten Spektrum an optischen Eigenschaften beiträgt.
■Eigenschaften
- Die Gold-Nanoschalen-Partikel sind extrem dünn, weniger als 10 nm dick, sodass sie die Energie des einfallenden Lichts effizient absorbieren können, und das geringere spezifische Gewicht im Vergleich zur Gesamtmasse der Partikel führt zu einer guten Dispersionsstabilität.
- Stabil dispersierbar in Wasser und organischen Lösungsmitteln.
- Mit einem Schutzmittel geschützte Partikel können mit einer Au-Konzentration von etwa 20 Gew.-% oder geringer hergestellt werden.
- STEM-Bild der Gold-Nanoschalen-Partikel (220 nm)
Gold (mit weißem Kontrast)
- Dispersion aus Gold-Nanoschalen-Partikeln
Links: 100 nm, Rechts: 220 nm
Man kann davon ausgehen, dass diese Technologie als optisches Material eingesetzt wird, das auf Licht im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich reagiert, wie zum Beispiel in kolloidalen Kristallen, oberflächenverstärkter Raman-Streuung und photothermischen Umwandlungsmaterialien, und auch in optischen Geräten wie optischen Displays und optischen Sensoren für Flüssigkristallanzeigen, die eine hohe Bildqualität brauchen, sowie in plasmonischen Nanoantennen und Biosensoren für die Krebserkennung angewandt wird.
Anisotrope Edelmetall-Nanopartikel
Gold-Nanokubus mit einer
Seitenlänge von etwa 50 nm
Präzise steuerbarer Gold-Nanokubus
Die Seitenlänge eines Kubuses kann präzise auf 20 bis 100 nm gesteuert werden. Die Kantenform kann auch von scharf bis abgerundet angepasst werden. Anders als bei isotropen Kugeln kommt es je nach Richtung und Winkel des einfallenden Lichts zu Anisotropie auch in einem durch lokalisierte Oberflächenplasmonresonanz verstärkten elektrischen Feld.
Abbildung: Simulation einer elektrischen Feldverstärkung eines Gold-Nanokubus
Die Simulation der elektrischen Feldverstärkung eines 50 nm großen Gold-Nanokubus zeigt, dass das Licht (elektrisches Feld) beim Einfall von in x-Richtung polarisiertem Licht mit einer Intensität, die hunderte Male größer ist als die des einfallenden Lichts, an den Kantenenden konzentriert wird.
■Eigenschaften
- Nicht nur Kubusse, sondern auch andere Formen wie Stäbe und Prismen können synthetisiert werden.
- Durch die Steuerung von Form und Größe kann die Spitzenwellenlänge der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz vom sichtbaren bis zum infraroten Bereich gesteuert werden.
- Als Kern können die anisotropen Partikel andere Metalle auf der Oberfläche vorsehen.
Man kann davon ausgehen, dass diese Technologie als optisches Material eingesetzt wird, das z. B. bei der photoelektrischen Umwandlung, der photothermischen Umwandlung und der Photokatalyse auf Licht im sichtbaren bis infraroten Bereich reagiert, sowie auf die Biobildgebung in Kombination mit Biomolekülen angewandt wird.
Quantenpunkte
Quantenpunkte, die verschiedene Lichtarten nutzen können
Es handelt sich hierbei um sog. Quantenpunkte genannte Halbleiter-Nanopartikel. Durch das richtige Mischen mehrerer Metalle und Chalkogenide können werden Mehrkomponenten-Halbleiter-Nanokristalle mit gleichmäßiger Partikelgröße hergestellt werden.
■Eigenschaften
- Die Zusammensetzung und Partikelgröße des Kerns kann geändert werden, um die Bandlückenbreite (Absorptionswellenlänge) anzupassen.
- Es steht ein breiter Wellenlängenbereich vom sichtbaren Licht bis zum nahen Infrarot (Near-InfraRed, NIR) und kurzwelligen Infrarot (Short Wavelength InfraRed, SWIR) zur Verfügung.
- Durch die Kern-Schalen-Strukturierung von Partikeln und die Dotierung mit bestimmten Atomen können hochleistungsfähige Quantenpunkte hergestellt werden.
- Umweltschadstoffe wie Blei sind nicht enthalten.
- Da Tinte hergestellt werden kann, die sich stabil in organischen Lösungsmitteln dispergiert, kann man mit einfachen Methoden wie Spin-Coating eine Beschichtung erreichen.
-
Beispiele für die Partikelgrößensteuerung von Quantenpunkten
- Querschnittsbild der durch Spin-Coating beschichteten Partikel
Diese Technologie könnte in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, die mit Licht zu tun haben. Sie könnte vor allem als Material für die fotoelektrische Umwandlung, beispielsweise in Solarzellen und optischen Sensoren, sowie als lichtemittierendes Material für Laser und Bildgebung verwendet werden.
Metallcluster
Ag12-Clustermolekülmodell
Edelmetallcluster, die durch Linkermoleküle verbunden sind
Ein Edelmetallcluster, welches ein winziges Partikel mit einer Größe von 4 nm oder weniger ist, besteht aus mehreren bis zu mehreren Dutzend Metallatomen, und steht daher als strukturelle Einheit für funktionelle Nanomaterialien stark im Fokus. Im Allgemeinen sind kleinere Partikel eher weniger stabil. Deshalb haben wir ein Material entwickelt, das durch Linker genannte organische Moleküle verbunden ist.
■Eigenschaften
- Durch die Integration von Linkermolekülen wurde eine hohe strukturelle Stabilität erreicht.
- Man kann davon ausgehen, dass durch einen konstanten Abstand zwischen den Clustern gleichmäßige physikalische Eigenschaften hervortreten.
- Es entsteht eine einzigartige Blattstruktur, die aus einer zweidimensionalen Anordnung von Clustern gebildet wird und eine hohe Kristallinität aufweist.
SEM-Bild und Molekülmodell von Ag12-Clusteraggregation
Literatur：
DAS, Saikat, et al. Silver cluster-assembled materials for label-free DNA detection.
Chemical Communications, 2023, 59.27: 4000-4003.
Man kann davon ausgehen, dass diese Technologie im Zusammenhang mit chemische Sensoren, Katalysatoren und als Material von elektronischen Geräten eingesetzt werden kann.