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Nanopartikelsynthese

Nanopartikelsynthese erfolgt aus der Gasphase. Hierbei werden funktionalisierte Materialien durch Umsetzen spezieller Ausgangsstoffe kontrolliert hergestellt.

Bei der Synthese aus der Gasphase werden Vorläufermaterialien in flüssiger Form in die Anlage eingebracht, um dort zu verdampfen und durch Energiezufuhr von außen durch Konvektion in beheizten Reaktionsräumen, Plasmen, Laser oder Flammen zu den gewünschten Produkten zu reagieren.
Im speziellen Fall der Sprayflammensynthese wird in der Regel eine Lösung, bestehend aus einem oder mehreren Vorläufermaterialien und einem Lösungsmittel in die Anlage eingebracht.

superparamagnetische Eisenoxide

Superparamagnetische Eisenoxide sind eine Klasse von Materialien, die aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen Eigenschaften in verschiedenen Anwendungen eine wichtige Rolle spielen. Diese Materialien bestehen hauptsächlich aus Eisenoxid-Nanopartikeln und zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, in Abwesenheit eines externen Magnetfeldes nicht magnetisiert zu sein, aber bei Anwesenheit eines solchen Feldes stark magnetisch zu werden. Dieses Phänomen wird als Superparamagnetismus bezeichnet und ist das Ergebnis der Nanogröße der Partikel, die dazu führt, dass sie thermische Energie leicht überwinden können.

Magnetit-Nanopartikel

NASICON

„NASICON“ ist die Abkürzung für „Natrium-Superionenleiter“. Bei diesem Material handelt es sich um eine Art Festelektrolytmaterial, das eine hohe Ionenleitfähigkeit aufweist, insbesondere für Natriumionen. NASICON-Materialien werden aufgrund ihres Potenzials für Anwendungen in Festkörperbatterien eingesetzt und intensiv untersucht. Diese Batterien gelten als eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Dies liegt an ihrer potenziell höheren Energiedichte, der verbesserten Sicherheit und einer längeren Lebensdauer. NASICON-Materialien bestehen typischerweise aus Natrium, Phosphor, Sauerstoff und anderen Elementen, wie zum Beispiel Silizium und Zirkonium, die in einer kristallinen Struktur angeordnet sind, die einen effizienten Ionentransport ermöglicht. Diese Kristallstruktur besteht typischerweise aus einem dreidimensionalen Netzwerk von Eckverbundenen Tetraedern und Oktaedern.

Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ ist spezifisches NASICON-Material. Das Materials besteht aus Zirkonium (Zr), Silizium (Si), Phosphor (P), Sauerstoff (O) und Natrium (Na). Die Kristallstruktur ist so angeordnet, dass Natriumionen in Kanälen oder Leerstellen innerhalb der Kristallstruktur sitzen, was zu einer hohen Ionenleitfähigkeit führt. Diese Struktur ermöglicht es, dass Natriumionen leicht durch das Material wandern können, was es ideal für die Verwendung als Festelektrolyt in Festkörperbatterien macht.

Aluminium-Tantal dotiertes Lithium-Lanthan-Zirconiumoxid (Al-Ta-LLZO)

Aluminium- und Tantal-dotiertes Lithium-Lanthan-Zirconiumoxid (Al-Ta-LLZO) ist ein Festelektrolytmaterial, das für seine Anwendung in Festkörperbatterien untersucht wird. Diese Materialien gehören zur Klasse der sogenannten „LLZO“ – Verbindungen, die auf der Zusammensetzung Lithium, Lanthan, Zirconium und Sauerstoff basieren.

Die Dotierung mit Aluminium und Tantal in dieses LLZO-Gerüst kann die Leitfähigkeit des Materials für Lithiumionen erhöhen und seine Stabilität verbessern. Diese Dotierungen können dazu beitragen, Defekte in der Kristallstruktur zu verringern und die Diffusionswege für Lithiumionen zu optimieren, was zu einer verbesserten Batterieleistung führen kann.

Festelektrolyte wie Al-Ta-LLZO sind von großem Interesse für die Entwicklung von Festkörperbatterien, da sie potenziell höhere Energiedichten, verbesserte Sicherheit und eine längere Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigelektrolyt-basierten Batterien bieten könnten.

 

Titandioxid Nanopartikel

Titandioxid-Nanopartikel werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt, darunter Kosmetika, Lebensmittel, Beschichtungen, Katalysatoren, Elektronik, Medizin und Umweltschutz.

Zu den wichtigsten Eigenschaften der Titandioxid-Nanopartikel gehören:

– große spezifische Oberfläche

– elektronische Eigenschaften: hohe Lichtstreuung und Lichtabsorption

– optische Eigenschaften

– photokatalytische Eigenschaften

-Biokompatibilität

 

TiO2 nanoparticles

Zinkoxid Nanopartikel

Zinkoxid-Nanopartikel sind winzige Partikel des Halbleitermaterials Zinkoxid (ZnO) in nanoskaliger Größe, typischerweise im Bereich von wenigen Nanometern bis zu einigen Hundert Nanometern. Aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften finden Zinkoxid-Nanopartikel eine breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter Elektronik, Optoelektronik, Katalyse, Medizin, Kosmetik und Umweltschutz.

– Aufgrund ihrer nanoskaligen Größe und die damit vergrößerte spezifische Oberfläche sind Zinkoxid-Nanopartikel in den Bereichen der katalytischen und sensorischen Anwendungen besonders attraktiv.

– Zinkoxid ist ein Halbleiter mit einer breiten Bandlücke, was dazu führt, dass das Material Licht gut absorbieren und emittieren kann. Aus diesem Grund ist das Material gut geeignet für optoelektronische Anwendungen (LED´s) und in der Photokatalyse.

– aufgrund ihrer antibakteriellen Eigenschaften werden Zinkoxid Nanopartikel in verschiedenen medizinischen Anwendungen, wie zum Beispiel antimikrobielle Beschichtungen und Wundverbänden, eingesetzt. 

– Zinkoxid Nanopartikel absorbieren UV-Licht. Sie werden in Sonnenschutzmitteln eingesetzt, um die Haut vor schädlicher UV-Strahlung zu schützen.

– Zinkoxid Nanopartikel können transparente leitfähige Filme bilden, die in zum Beispiel transparenten Elektroden in Solarzellen und Touchscreens eingesetzt werden.

Zirconiumoxid Nanopartikel

Zirconiumoxid Nanopartikel finden Anwendung in einer Vielzahl von Anwendungen wie zum Beispiel in der Katalyse, Hochtemperaturwerkstoffe, Elektronik und in der Biomedizin.

– Zirconiumoxid weist eine hervorragende thermische Stabilität auf und behält seine strukturellen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen. Aus diesem Grund eignet es sich besonders für Anwendungen in Hochtemperaturbereichen wie zum Beispiel in der Katalyse oder in Hochtemperaturwerkstoffen.

– Zirconiumoxid ist ein hartes Material mit hoher mechanische Festigkeit, deshalb ist der Werkstoff geeignet für Anwendungen, bei denen eine hohe Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit wichtig sind. Zum Beispiel in Schleifmitteln oder Hochleistungskeramiken. 

– der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials ist relativ niedrig: Material ist weniger anfällig für Rissbildung bei Temperaturschwankungen und somit geeignet für keramische Beschichtungen in Hochtemperaturanwendungen.

– Zirconiumoxid Nanopartikel finden Anwendung in der Biomedizin, da sie biokompatibel sind und eine geringe Toxizität aufweisen. Zum Beispiel in Anwendungen der medizinischen Bildgebung oder als Träger für gezielte Arzneimttelabgabe.

 

Bariumtitanat Nanopartikel

 

Bariumtitanat ist ein Ferroelektrikum. Es besitzt eine permanente elektrische Polarisation, die durch das Anlegen eines elektrischen Feldes umgekehrt werden kann. Anwendung finden Bariumtitanat Nanopartikel in Bereichen der Elektronik, Sensortechnik, Optik und Energieumwandlung.

– aufgrund der ferroelektrischen Eigenschaften werden Bariumtitanat Nanopartikel in der Herstellung von nichtfllüchtigen Speichern (NVRAM) und piezoelektrischen Sensoren eingesetzt.

– bei niedrigen Frequenzen weist Bariumtitanat hohe dielektrische Konstanten auf. Eingesetzt wird das Material in der Mikroelektronik in Kondensatoren und Hochfrequenzbauteilen.

– Auch wird Bariumtitanat in optischen Bauteilen und photonischen Materialien eingesetzt, da es eine hohe Brechzahl und eine gewisse optische Nichtlinearität aufweist. 

– Bariumtitanat weist ebenfalls piezoelektrische Eigenschaften auf: erzeugt eine elektrische Ladung, wenn es verformt wird. Aus diesem Grund wird es ebenfalls in piezoelektrischen Sensoren und Aktuatoren eingesetzt.

 

Nano LSM

Lanthan-Strontium-Manganit (LSM) Nanopartikel sind eine Art Perowskitoxid mit der chemischen Zusammensetzung                          La1-xSrxMnO3. Aufgrund der besonderen, elektrischen, magnetischen und katalytischen Eigenschaften ist das Material besonders wichtig in den folgenden Anwendungsbereichen:

– LSM wird häufig als Kathodenmaterial in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) verwendet, da das Material eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und katalytische Aktivität für die Reduktion von Sauerstoff aufweist. Das Strontium verbessert dabei die Ionenleitfähigkeit und die Materialstabilität bei hohen Temperaturen. 

– LSM-Nanopartikel werden als Katalysatoren in verschiedenen chemischen Reaktionen eingesetzt. Sie sind besonders effektiv bei der Katalyse der Sauerstoffreduktionsreaktion, was sie ideal für die Anwendung in Brennstoffzellen macht. Das Material ist ebenfalls nützlich für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Verbindungen. 

– Aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen Eigenschaften sind LSM-Nanopartikel besonders interessant für Anwendungen der Magnetoelektronik und Spintronik.

-Das Material kann eine magnetoresistive Wirkung aufweisen, die in magnetischen Sensoren und Speichermedien verwendet werden kann.

– Die nanoskalige Struktur des Materials führt zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie zum Beispiel eine höhere Festigkeit und Haltbarkeit, was die Lebensdauer der Komponenten, die das Material enthalten, verlängert.

-LSM-Nanopartikel sind für Anwendungen in der Wärmetechnik geeignet, da sie eine angepasste Wärmeleitfähigkeit aufweisen.