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 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.

„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.

Kobaltoxid-Nanopartikel sind vielseitige Materialien mit vielfältigen Anwendungen in der modernen Wissenschaft und Technologie. Ihre einzigartigen Eigenschaften machen sie zu wertvollen Komponenten in Bereichen wie Energiespeicherung, Katalyse und biomedizinischen Technologien.

Kobaltoxide weisen Halbleitereigenschaften auf, die für verschiedene elektronische Anwendungen genutzt werden können. Ihre elektronische Leitfähigkeit kann durch Dotierung und die Veränderung der Nanopartikelgröße gesteuert werden.  Kobaltoxid-Nanopartikel können bei niedrigen Temperaturen ferromagnetisch sein. Die magnetische Anisotropie ist ein wichtiges Merkmal, das ihre Anwendung in Datenspeicherung und Magnetik beeinflusst.

Energiespeicherung: Kobaltoxid-Nanopartikel werden in Lithium-Ionen-Batterien als Kathodenmaterial verwendet, da sie eine hohe spezifische Kapazität und Stabilität bieten.

Sie können auch in Superkondensatoren verwendet werden, um die Energiespeicherkapazität zu verbessern.

Katalyse: Kobaltoxide sind effektive Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen, einschließlich der Wasserspaltung, der CO-Oxidation und der Fischer-Tropsch-Synthese.

Sie finden Anwendung in der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) und der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.

Biomedizin: Kobaltoxid-Nanopartikel können für den gezielten Medikamententransport und die kontrollierte Freisetzung verwendet werden.

Ihre magnetischen Eigenschaften machen sie zu guten Kandidaten für die Magnetresonanztomographie (MRT).

Umweltschutz: Sie können zur Entfernung von Schadstoffen aus Abwässern eingesetzt werden, beispielsweise durch Photokatalyse.

Lanthan-Strontium-Kobalt-Oxid (LSCO) Nanopartikel sind von großem Interesse in verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen, insbesondere aufgrund ihres Potenzials in Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs), der Katalyse und elektronischen Geräten.

Festoxidbrennstoffzellen: LSCO Nanopartikel zeigen eine gute elektronische Leitfähigkeit, was sie zu einem geeigneten Material für Elektroden in SOFCs macht. LSCO wird oft als Kathodenmaterial verwendet, da es die Sauerstoffionenleitung und die elektronische Leitfähigkeit verbessert.

Katalyse: Diese Nanopartikel sind auch als Katalysatoren in verschiedenen chemischen Reaktionen nützlich, insbesondere in der Sauerstoffreduktion. Aufgrund ihrer hohen katalytischen Aktivität werden LSCO-Nanopartikel in verschiedenen chemischen Prozessen eingesetzt, darunter die Abgasreinigung und die Wasserstoffproduktion.

Elektronische Geräte: LSCO-Materialien finden Anwendung in verschiedenen elektronischen Komponenten aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit und Stabilität.

Lanthanferrit Perowskit (LaFeO3) ist ein weit verbreitetes Perowskit-Oxid mit der allgemeinen Formel ABO₃, bei dem La³⁺ (Lanthan) die A-Position und Fe³⁺ (Eisen) die B-Position im Kristallgitter einnehmen. LaFeO₃-Perowskit ist aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften für die Forschung in Bereichen wie Energieumwandlung, Elektronik und Umwelttechnologien von großem Interesse.

Kristallstruktur: LaFeO₃ besitzt eine orthorhombische Perowskitstruktur, die durch eine Verformung des idealen kubischen Perowskitgitters entsteht. Diese Struktur ist sehr stabil und ermöglicht den Einsatz unter verschiedenen Bedingungen.

Magnetische Eigenschaften: LaFeO₃ ist ein antiferromagnetisches Material, d.h., die magnetischen Momente der Eisenionen sind antiparallel ausgerichtet und heben sich bei tiefen Temperaturen auf. Die Néel-Temperatur (der Punkt, bei dem das Material von antiferromagnetisch zu paramagnetisch wird) liegt bei etwa 750 K.

Elektronische Eigenschaften: Es zeigt halbleitende Eigenschaften und hat eine Bandlücke von etwa 2,1 bis 2,7 eV, was es für Anwendungen in der Elektronik und Photokatalyse attraktiv macht.

Katalytische Eigenschaften: LaFeO₃ wird häufig in der Umweltkatalyse verwendet, insbesondere bei der Reduktion von Stickoxiden (NOx) und der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER). Es spielt eine Rolle in der Luftreinigung und in Brennstoffzellentechnologien.

Photokatalytische Eigenschaften: Es kann unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht für photokatalytische Anwendungen, z.B. in der Wasseraufspaltung oder der Abbau organischer Verbindungen, eingesetzt werden.

Anwendungsgebiete:

• Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs): Aufgrund seiner hohen Temperaturstabilität und katalytischen Aktivität wird LaFeO₃ in Festoxidbrennstoffzellen als Elektrodenmaterial eingesetzt.
• Gassensoren: LaFeO₃-basierte Sensoren können zur Detektion von Gasen wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden verwendet werden.
• Umweltkatalysatoren: Es wird auch zur Katalyse von Abgasen und in anderen umweltfreundlichen Technologien eingesetzt.

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.

Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat-Nanopartikel (LATP-Nanopartikel) sind eine spezielle Art von Festelektrolyten, die in der Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien und anderen elektrochemischen Anwendungen von Interesse sind. Diese Materialien kombinieren die Eigenschaften von Lithium, Aluminium, Titan und Phosphat, um eine hohe Ionenleitfähigkeit und chemische Stabilität zu bieten. Zu den besonderen Eigenschaften dieses Materials gehören:

Hohe Ionenleitfähigkeit: LATP-Materialien sind bekannt für ihre hervorragende Lithium-Ionenleitfähigkeit, was sie ideal für Anwendungen in Batterien macht.

Chemische Stabilität: Diese Nanopartikel sind chemisch stabil und widerstandsfähig gegenüber Reaktionen mit anderen Batteriekomponenten, was die Lebensdauer und Sicherheit der Batterien verbessert.

Mechanische Stabilität: Die Zugabe von Aluminium und Titan verleiht dem Material zusätzliche mechanische Festigkeit, was zur strukturellen Integrität der Batterie beiträgt.

Das Material findet Anwendung in vielen Bereichen. Dazu gehören: Festkörperbatterien: LATP-Nanopartikel werden oft als Festelektrolyt in Festkörperbatterien verwendet. Sie ersetzen flüssige Elektrolyte, die oft sicherheitsrelevante Probleme wie Leckagen und Entzündungen verursachen können.

Sensoren: Aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit und Stabilität können diese Nanopartikel auch in verschiedenen Sensoranwendungen eingesetzt werden.

Elektrochemische Geräte: LATP kann in einer Vielzahl von elektrochemischen Geräten verwendet werden, einschließlich Kondensatoren und anderen Energiespeichersystemen.

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:

Größe und Oberfläche: Hohe Reaktivität aufgrund des großen Oberfläche zum Volumen Verhältnisses.

Optische Eigenschaften: TiO₂-Nanopartikel haben starke ultraviolette (UV) Lichtabsorptionsfähigkeiten und werden als UV-Blocker in Sonnenschutzmitteln und Beschichtungen verwendet.

Photokatalytische Aktivität: Unter UV-Licht können sie als Photokatalysatoren wirken und organische Schadstoffe sowie Bakterien zersetzen, was sie für die Reinigung der Umwelt nützlich macht.

Chemische Stabilität: Diese Nanopartikel sind chemisch stabil, ungiftig und korrosionsbeständig.

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.

Halbleitereigenschaften: 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.

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

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

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

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 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.

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.