Nanopartikel gelten als vielversprechende Bausteine, ihre Fixierung auf Oberflächen oder in einer Matrix ist jedoch alles andere als einfach. Jetzt haben Physiker herausgefunden, dass eine Doppelschicht aus kugelförmigen C60-Kohlenstoffmolekülen, Fullerenen, ein ideales Substrat für die winzigen Partikel darstellt. Ihre jetzt in „Nature Nanotechnology“ veröffentlichten Erkenntnisse sind ein weiterer Schritt in Richtung der technische Anwendung maßgeschneiderter Nanosysteme.
Nanopartikel haben häufig andere Eigenschaften als größere Stücke des gleichen Materials. Durch Wahl der Größe und Zusammensetzung der Nanopartikel lassen sich so chemische, optische oder magnetische Eigenschaften „maßschneidern“, die bei keinem Festkörpermaterial gegeben sind. Um aber die vielversprechenden Möglichkeiten von Nanopartikeln in der chemischen Katalyse, der magnetischen Speichertechnologie oder der Optoelektronik auch verwirklichen zu können, müssen die Nanopartikel auf Oberflächen oder in Matritzen fixiert werden. Hierbei kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Nanopartikel und der Oberfläche oder der Matrix, die schlimmstenfalls die besonderen Eigenschaften der Partikel wieder zerstören.
Es gilt daher, Techniken zu entwickeln, mit denen sich Nanopartikel „schonend“, aber sicher fixieren lassen. Dies ist einer Kooperation von Forschern der Universitäten Freiburg und Dortmund sowie
des Freiburger Fraunhofer Instituts für Werkstoffmechanik jetzt gelungen. Die Physiker brachten die Partikel auf einen Film aus kugelförmigen C60-Kohlenstoffmolekülen auf und unteruschten ihr Verhalten.
Sie konnten zeigen, dass eine Doppelschicht Fulleren auf einer Metalloberfläche ein ideales Substrat für die Fixierung von Nanopartikeln darstellt. So behielten die Partikel selbst bei Raumtemperatur, eine sehr hohe Temperatur für Vorgänge auf der Nanoskala, über Tage hinweg ihre Größe und Form. Auf der einfachen Fullerenschicht dagegen schrumpften die Partikel sehr schnell und verschwanden innerhalb von Stunden, was mithilfe von Simulationen auf die temporäre Ausbildung eines Kontakts zwischen Nanopartikel und Oberfläche durch die Fullerenschicht hindurch zurückgeführt werden konnte.
Auf Basis dieser Ergebnisse könnte zum Beispiel in der molekularen Elektronik gezielt die Kontaktfähigkeit von Metall-Nanopartikeln durch zu durchdringende beziehungsweise isolierende Filmdicken gesteuert werden. Die Wissenschaftler haben damit nicht nur eine Möglichkeit aufgezeigt, wie man Nanopartikel auf einer Oberfläche fixieren kann, ohne ihre geometrische Struktur zu verändern, sondern vor allem haben sie auch den unter bestimmten Umständen auftretenden Zerfallsprozeß der Nanopartikel genau charakterisiert. Aufgrund dieser Erkenntnisse läßt sich nun die Stabilität von Nanopartikeln deutlich besser verstehen als zuvor, womit ein wichtiger Schritt in Richtung der technische Anwendung maßgeschneiderter Nanosysteme getan wurde.
(Universität Freiburg im Breisgau, 08.04.2010 – NPO)
