Neue Materialien: Große Stücke mit Nanoeigenschaften

Viele neue Eigenschaften versprechen Materialien aus Nanoteilchen. US-Forscher finden ein neues Produktionsverfahren.

Evanston (USA) - Die Anwendungen von Nanomaterialien reichen von besseren Katalysatoren, über hochempfindliche Sensoren bis hin zu extrem festen Werkstoffen. Eine neue Methode, große und greifbare Materialien aus Nanoteilchen herzustellen, fanden nun amerikanische Forscher. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, kombinierten sie dazu Selbstorganisationsprozesse und Sinterverfahren wie in der Keramikproduktion. Bisher werden Nanopartikel meistens nur schlicht in bekannte Werkstoffe eingerührt und verteilt.

"Diese neuen Materialien sind plastisch verformbar und lassen sich in Gussverfahren in gewünschte Strukturen bringen", schreiben Rafal Klajn und seine Kollegen von der Northwestern University in Evanston. Für ihre ersten Versuche des neuen Produktionsverfahrens griffen sie zu winzigen Nanokügelchen aus Gold, Silber, Platin und Palladium. Zu Beginn maßen diese nur etwa fünf Nanometer im Durchmesser. Diese wurden zunächst feinverteilt in dem Lösungsmittel Toluol, dann kamen oberflächenaktive Substanzen hinzu. Dadurch vernetzten sich die Metallkügelchen zu so genannten Supersphären mit Durchmessern zwischen 50 und 500 Nanometer. Ultraviolettes Licht unterstützte diese selbstorganisierte Klumpenbildung.

"Darauf konnten wir diese deformierbaren Aggregate zu Millimeter großen Strukturen wie einzelne Klumpen aus Ton "zusammenkleben", beschreiben die Forscher den nächsten Fertigungsschritt. Mit dieser zähflüssigen Substanz bestrichen sie beispielsweise eine Oberfläche aus dem Kunststoff Polypropylen. Oder sie füllten das Material in eine Gussform aus Polydimethylsiloxan. Zum Aushärten wurden die Proben auf Temperaturen zwischen 50 und 300 Grad Celsius aufgeheizt. Teile der oberflächenaktiven Substanzen verflüchtigten sich dabei und der gesamte Block schrumpfte um bis zu 20 Prozent.

Die Nanometer feinen Strukturen der Metallpartikel blieben dabei weitestgehend erhalten. Je nach Temperatur und verwendeten Substanzen entstand ein nanoporöser, metallischer Werkstoff mit guter Leitfähigkeit. Solche "Nanoschäume", die auch mehrere verschiedene Metalle enthalten können, könnten sogar mehrere unterschiedliche Reaktionen katalytisch unterstützen.