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Nanomaterialien zum Anfassen

Nanomaterialien zum Anfassen. AC V Hauptseminar 01.02.2011. antibakteriell. superparamagnetisch. uv - absorbierend. elektrisch leitend. selbstreinigend. Nano. Nano (griech.: Nanos = Zwerg) Ein Milliardstel eines Meters (nm = 10 -9 m) Teilchen zwischen 1 – 100 nm.

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Nanomaterialien zum Anfassen

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Presentation Transcript

  1. Nanomaterialien zum Anfassen AC V Hauptseminar 01.02.2011 antibakteriell superparamagnetisch uv - absorbierend elektrisch leitend selbstreinigend

  2. Nano • Nano (griech.: Nanos = Zwerg) • Ein Milliardstel eines Meters (nm = 10-9m) • Teilchen zwischen 1 – 100 nm

  3. Nanomaterialien - Nanoobjekte Nanopartikel (in 3 Dimensionen nanoskalig) Nanoplättchen (in 1 Dimension nanoskalig) Nanofasern (in 2 Dimensionen nanoskalig)

  4. Nano - Interdisziplinarität

  5. Warum Nano? Übergänge zwischen den Eigenschaften von Molekülen und Festkörpern quantenmechanisch ? klassische Physik  Ungewöhnliche Eigenschaften von Nano-Objekten •  Größenabhängigkeit der Eigenschaften • Oberflächeneffekt • Größenquantisierungeffekt

  6. Oberflächen – Volumen - Verhältnis 1.000 Atomen = Volumen 1.000.000.000 Atome 100 Atome = Volumen 1.000.000 Atome 10 Atomen = Volumen 1000 Atome . 10 nm 8 1.176 57.624 58.808 941.192 1 nm 8 96 384 488 512 Kantenlänge Eckatome Kantenatome (ohne Eckatome) Seitenflächenatome (ohne Eckatome) Oberflächenatome Atome im Inneren 100 nm 8 11.976 5.976.024 5.988.008 994.011.992 Oberflächen – Volumenverhältnis 0,006 0,062 0,953

  7. Oberflächeneffekte Koordinationszahlen Bindungsenergie  Koodinatonszahl nimmt mit Partikelradius ab  Bindungsenergienimmt mit Partikelradius ab  Eigenschaften ändern sich ~ 1/r

  8. Schmelzpunkterniedrigung Anwendung der Oberflächeneffekte: Schmelzpunkterniedrigung  Sintern („co-firing“) Steigerung der chemischen Reaktivität  Einsatz als Katalysator

  9. Größenquantisierungseffekt • Quantisierung der Energiezustände • Bandlücke größenabhängig • Metall – Nichtmetal Übergang

  10. Nano - Leuchtstoffe Farbe der Suspension Lichtemission der Suspension Größenabhängige Bandlücke mit Emissionsfarbe Anwendung: Molekuarbiologie, medizinische Diagnostik, Sicherheitsmarker

  11. Herstellungsmethoden Problem: Agglomeration!

  12. Problematik: Agglomeration Oberflächenmodifizierung – agglomeratfreie Stabilisierung: • Elektrostatische Stabilisierung • Adsorption von Ionen auf Oberfläche • Ausbildung elektrischer Doppelschicht • Coulomb – Abstoßung • Sterische Stabilisierung • sterisch anspruchsvolle Schutzhüllenmoleküle

  13. Maßgeschneiderte Eigenschaften Hydrophopie/Hydrophilie, Polymersation Funktionelle Gruppen: x = Alkyl, Aryl x = Mehrfachbindungen z.B. C=C, C≡N x= -NR2, -COOH, -SH Oberflächenmodifizierung

  14. Überführung in unpolare Dispersionsmittel Anwendung: Oberflächenmodifizierung  Kunststoffe, medizinische Diagnostik • Synthese in wässriger Phase • Zugabe unpolarer Phase Unpolare Oberflächenfunktionalisierung

  15. Magnetische Flüssigkeiten • Verknüpfung flüssiger Eigenschaften und magnetischer Eigenschaften • Bestandteile einer stabilen, kolloidalen Dispersionen • magnetisierbaren Kern (2 nm – 20 nm) •  Eindomänenpartikel • Oberflächenbeschichtung • Trägerflüssigkeit •  Stabilität: Agglomeration, Sedimentation, Segregation

  16. Magnetische Flüssigkeiten • Einfluss durch äußeres Magnetfeld: • kein Magnetfeld: stat. Verteilung  Σm = 0 • stat. Magnetfeld: Ausrichtung  Σm > 0 • keine Hysterese  Superparamagnetismus Anwendung: biomedzinische und technische Bereiche

  17. Anwendung: Krebsbekämpfung mit magnetischen Nanopartikeln Tumorzelle Nanopartikel Injektion mag. Wechselfeld Wärmeentwicklung Zerstörung Abbau durch Körper

  18. Quellenangabe: Emil Roduner, Size matters: why nanomaterials are different,  Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 583 Fonds der Chemischen Industrie im Verband der Chemischen Industrie e. V., Wunderwelten der Nanomaterialien, FCI, September 2005; Herman Sander Mansur, Quantum dots and nanocomposites, 2010 John Wiley & Sons, Inc., March/April 2010, Volume 2 S. Becht, S. Ernst, R. Bappert, C. Feldmann, Nanomaterialien zum Anfassen, Ch. in unserer Zeit, 2010,44, 14-23 Stefan Odenbach, Ferrofluide – ihre Grundlagen und Anwendungen, Physik in unserer Zeit, 32. Jg. 2001 , Nr. 3 C. Raab, M. Simkó*, U. Fiedeler,M. Nentwich, A. Gazsó, Herstellungverfahren Nanopartikel und Nanomaterialien, NanoTrust-Dossier, November 2008, Nr. 006 MagForce Nanotechnologies AG, Nano-Krebs®-Therapie, FighingCancer with Nanomedicine, Company Presentation, January 2011

  19. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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