Nanomaterialien

Warum lassen sich mit dem Hot-Injection-Verfahren (bei dem die Vorstufen auf einmal in ein heißes Lösungsmittel eingespritzt werden) leicht Nanopartikel einheitlicher Größe (monodisperse Nanopartikel) erhalten?

  1. AWeil sich die Keimbildung unmittelbar nach dem Einspritzen auf kurze Zeit konzentriert und danach die Übersättigung sinkt, sodass keine neuen Keime entstehen und nur noch Wachstum abläuft
  2. BWeil sich bei langsamer Zugabe der Vorstufen und lang anhaltender Keimbildung die Größen der zu verschiedenen Zeiten entstandenen Keime ausmitteln und angleichen
  3. CWeil bei langem Halten auf hoher Temperatur die Ostwald-Reifung fortschreitet und die kleinen Partikel die großen einholen, sodass die Verteilung schmaler wird
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Lösung: A. Weil sich die Keimbildung unmittelbar nach dem Einspritzen auf kurze Zeit konzentriert und danach die Übersättigung sinkt, sodass keine neuen Keime entstehen und nur noch Wachstum abläuft

Wie monodisperse Partikel entstehen, erklärt das Modell von LaMer. Werden die Vorstufen auf einmal in das heiße Lösungsmittel gegeben, übersteigt die Monomerkonzentration die kritische Übersättigung für die Keimbildung, und in kurzer Zeit bilden sich gleichzeitig viele Keime (Burst-Keimbildung). Sobald Keime entstanden sind, werden Monomere verbraucht und die Konzentration fällt unter den kritischen Wert; danach bilden sich keine neuen Keime, und die vorhandenen Keime wachsen gleichmäßig weiter, sodass die Partikelgrößen einheitlich werden. Hält die Keimbildung lange an, unterscheiden sich früh und spät entstandene Keime in der Größe, und die Verteilung wird eher breiter. Bei der Ostwald-Reifung lösen sich kleine Partikel auf, während große weiterwachsen; die kleinen holen also nicht auf, und wenn sie in einer Phase mit Monomermangel abläuft, wird die Verteilung in der Regel breiter.

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