Mobilität und Interaktion bei der regulären Anordnung von Nanopartikeln

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Interagierende Nanopartikel bilden unter gewissen Bedingungen geordnete Strukturen. Diese „Selbstanordnung“ kann zur Herstellung regulär mikrostrukturierter Materialien benutzt werden (Abbildung 1). Sie kommt in der Natur vor, beispielsweise bei der Biomineralisation und bei der Entstehung von Opalen. Die Überstrukturen modulieren den Transport von Elektronen und Phononen, aber auch optische und mechanische Eigenschaften. Solche Materialien sind daher Kandidaten für Thermoelektrika, Katalysatoren, biomimetische Strukturmaterialien, responsive Materialien und viele andere Anwendungen. In den letzten Jahren hat das Verständnis der Anordnungsprozesse zugenommen. Trotzdem kann die Anordnung von Nanopartikeln heute noch nicht zur Herstellung technisch relevanter Mengen strukturierter Materialien verwendet werden: sie ist nicht zuverlässig genug. Einerseits muss den Partikeln ausreichend Mobilität verliehen werden, um ihre Positionen in einer regulären Struktur zu erreichen. Andererseits muss ihre Interaktion ausreichen, um diese Positionen eindeutig zu definieren. Es fehlt das Verständnis, wie Prozesse beschaffen sein müssen, um Mobilität und Interaktion im richtigen Maße zu gewährleisten und Partikelüberstrukturen zuverlässig herstellen zu können. In diesem Projekt soll deshalb der Zusammenhang zwischen dem Prozess der Partikelabscheidung und der Struktur der Partikelagglomerate untersucht werden. Dabei werden wir die Prozessparameter identifizieren, die entscheiden, ob sich gut definierte Partikel zu regulären Überstrukturen anordnen oder nicht. Diese Parameter sollen dann auf die grundlegenden Konzepte Mobilität und Interaktion zurückgeführt werden. Wir hoffen, schließlich verschiedene Abscheidetechniken mit schlecht beherrschbaren Parameterräumen durch wenige einfache, mikroskopische Modelle beschreiben zu können.