Plasmabasierte Synthese von Nanomaterialien

Nanomaterialien bieten aufgrund ihrer nanoskopischen Abmessungen einzigartige physikalisch-chemische Eigenschaften, die sie für Anwendungen in Bereichen wie Plasmonik, Sensorik und Katalyse vielversprechend machen. Am INP werden komplementäre plasmabasierte Ansätze verfolgt, um eine breite Palette von Nanomaterialien herzustellen.

Nanopartikel-Strahlabscheidung ermöglicht die Erzeugung von hochreinen, tensidfreien Nanopartikeln aus einem übersättigten Metalldampf über eine magnetronbasierte Gasaggregationsquelle. Diese Nanopartikel können mit guter Prozesskontrolle auf allen vakuumkompatiblen Substraten abgeschieden werden, von festen Substraten über Gewebe und Fasern, flexible und weiche Substrate bis hin zu Flüssigkeiten. Die Gasphasensynthese ermöglicht die Herstellung komplexer Nanopartikel mit maßgeschneiderter Zusammensetzung (kontrollierte Legierung) und Morphologie (Core-Shell, Core-Satellite, Multicore-Shell). Um ein tieferes Verständnis der Prozesse zu erlangen, die an der Bildung von Nanopartikeln in der Gasaggregationsquelle beteiligt sind, kommen in-situ-Diagnosetechniken zum Einsatz, die eine bessere Überwachung und Kontrolle des Abscheidungsprozesses ermöglichen.

Das Flüssigplasmaverfahren (ILP) ist ein neues, umweltfreundliches und einstufiges Verfahren zur Herstellung von Nanomaterialien mit hoher Kosteneffizienz. Die ILP-Synthese bietet attraktive Vorteile wie ein einfaches Reaktordesign und kurze Verarbeitungszeiten, den Verzicht auf toxische Chemikalien und die einfache Skalierbarkeit und den Betrieb als kontinuierliches Verfahren. Die Herstellung von Nanopartikeln durch ILP kann aus festen und flüssigen Ausgangsstoffen erfolgen und ermöglicht Produktionswege über Exfoliation, Pyrolyse, Fragmentierung oder Kristallisation von Nanomaterialien. Außerdem können bei der ILP-Synthese Hydratation, Interkalation, Funktionalisierung und Phasenübergänge auftreten, wodurch eine große Bandbreite neuer Strukturen entsteht. Geladene und neutrale Spezies mit unterschiedlichen Energien, Lebensdauern und Dichten können durch spezifische Anpassung des Elektrodenaufbaus, der Vorläuferlösung oder -suspension, der angelegten Spannung, der Frequenz, der Impulsbreite und der Prozesszeit erzeugt werden.