Nanotechnologie Was ist das ?

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NanotechnologieWas ist das ?
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Nanotechnologie

• Technologische Verfahren zur Herstellung
  nanostrukturierter Materialien mit speziellen
  Eigenschaften und deren Anwendung

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Herstellung monodisperser Nanopartikel (bzw.
Nanokristalle)

• über Zerkleinerungsprozesse
• über gezielte Aufbaureaktionen

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Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln

• Partikelbildung aus der Gasphase
• Partikelbildung aus Tropfen
• Sol-Gel-Prozesse

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Partikelbildung aus der Gasphase
(Aerosolverfahren)

• Partikelbildung durch chemische Reaktion des
  Precursorgases oder rapide Abkühlung eines
  übersättigten Gases
• Partikelwachstum durch Kollision mit
  Produktmolekülen (Kondensation) und/oder
  Partikeln (Koagulation)

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Aerosolverfahren

• Reaktion im Flammenreaktor
• Reaktion im Plasmareaktor
• Reaktion im Laserreaktor
• Reaktion im Heißwandreaktor

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Partikelbildung im Flammenreaktor(Aerosolverfahre
n)

• Synthese von Submikropartikeln
• - Titandioxid (TiO2)
• - Silika (SiO2)
• - Ruß (carbon black)

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Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln

• Partikelbildung aus der Gasphase
• Partikelbildung aus Tropfen
• Sol-Gel-Prozesse

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Partikelbildung aus Tropfen

• Mit Hilfe von Fliehkraft, Druckluft, Schall,
  Ultraschall, Vibrationen
• Partikelbildung durch direkte Pyrolyse oder durch
  in-situ-Reaktionen

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Sprühtrockenverfahren

• Tropfenbildung
• Verdampfen des LSM
• Kristallisationsinitialisierung
• Verdampfen des LSM
• Kristallisation

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Gefriertrocknungsverfahren

• Tropfenbildung in einem Kühlmittel (z.B.
  flüssiger Stickstoff)
• Gefrierprozeß
• Trocknung

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Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln

• Partikelbildung aus der Gasphase
• Partikelbildung aus Tropfen
• Sol-Gel-Prozesse

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Sol-Gel-Prozesse

• Fällung von Substanzen aus Lösung
• Schrittweises Wachstum von kristallinen oder
  amporphen Primärpartikeln (Keimen) zu Agglomeraten

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?G
?Gmax
ngtnc spontaneous propagation
0
nc
number of molecules (n)
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concentration
Cmax - critical limiting
supersaturation
Nucleation period
Cmin - nucleation concentration
growth period
time
t1
t2
La Mer Diagramm
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KeimbildungsprozessDurch die Bildung der Keime
wird die Übersättigung verringert - Bleibt die
Übersättigung dabei hoch (oberhalb der
minimalen Keimbildungskonzentration)
entstehen ? polydisperse Teilchen - Sinkt die
Übersättigung dabei innerhalb kürzester Zeit
unter die minimale Keimbildungskonzentration
entstehen ? monodisperse Teilchen
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Voraussetzungen für die Bildung monodisperser
kolloidaler Dispersionenausreichende
Übersättigung (Bildung vieler Keime in
kurzer Zeit) Verdünnte Lösungen
(Materialvorrat geht rechtzeitig zu Ende)
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Reduktionsmittel zur Herstellung von
Gold-Nanopartikeln

• Organische Reduktionsmittel Tannin,
  Natrium-Zitrat
• Anorganische Reduktionsmittel NaBH4
• Polyelektrolyte PAA, PEI, Polyampholyte

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Verwendete Polyelektrolyte
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Conclusions

• ? We can produce gold nanoparticles smaller than
  20 nm in size
• With cationic PEL
• With anionic PEL
• With amphoteric PEL
• of quite different surface charge and
  hydrophobicity !
• References
• J. Koetz, S. Kosmella Polyelectrolytes and
  Nanoparticles Springer Verlag Berlin Heidelberg
  (2007) (Book)
• C. Note, J. Koetz, L. Wattebled, A. Laschewsky
  Effect of a new hydrophobically modified
  polyampholyte on the formation of inverse
  microemulsions and the preparation of gold
  nanoparticles
• J. of Colloid and Interface Sci. 308 (2007)
  162-169
• C. Note, S. Kosmella, J. Koetz
• Poly(ethyleneimine) as Reducing and
  Stabilizing Agent for the Formation of Gold
• Nanoparticles in w/o Microemulsions
• Colloids and Surfaces A Physicochem. Eng.
  Aspects 290 (2006) 1-3, 150-156
• C. Note, J. Koetz, S. Kosmella, B. Tiersch
• Hydrophobically modified
  polyelectrolytes used as reducing and stabilizing
  agent for the
• formation of gold nanoparticles

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Herstellung von Gold-Nanopartikeln in
Templatphasen

• In Mikroemulsionen
• An Vesikeloberflächen

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Gold nanoparticles formed in nanocapsules
NaBH4
HAuCl4
Au
heating up to 80C in presence of AIBN
Au
S. Lutter, J. Koetz, B. Tiersch, A.
Boschetti-de-Fierro, V. Abetz Colloids and
Surfaces A Physicochem. Eng. Aspects 329 (2008)
169-176
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Gold nanoparticle formation at the surface of
mixed phospholipid vesicles


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New Fields of Application

• Nanotechnology in Batteries
• Nanotechnology in the Life Sciences
• Nanotechnology in solar cells

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• Q-dots used for Cu detection

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Quantum Dot Sensitized Solar Cells
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Biosensor Application
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Human Sulfite Oxidase
Moco domain
b5-type heme domain
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M. Sezer et al. Phys Chem Chem Phys. 12 (2010)
7894-7903
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Biosensor applications

• Modification
• mercaptoundecanoic acid (MUA)
• mercaptoundecanol (MU)
• AuNPs-PEI
• human sulphite oxidase (hSO)

SO3-2
SO4-2
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Different sulfite concentration
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Conclusions

• hSO shows a direct electron transfer and a high
  catalytic current after immobilization on Au
  electrode modified with AuNPs-PEI
• Linear current concentration dependency between
  2-20 mM SO3-2.

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