Nanostrukturen

Auszug

Unter nanostrukturierten und nanokristallinen Materialien versteht man Substanzen aus Partikeln oder mit Strukturmerkmalen (wie Poren), die 2 bis 1000 Nanometer groß sind. Da der Durchmesser eines Atoms in der Größenordnung von 0,25 nm liegt, geht es also um Längen, die 8 bis 4000 Atomlagen entsprechen. Substanzen aus Teilchen in dieser Größe verhalten sich anders als dieselben Substanzen in größeren Aggregaten. Bei einem Kristall der Größe 1×1×1 mm3 befindet sich ein Anteil von ca. 10⁻⁶ der Atome an der Oberfläche; ist der Kristall nur 100×100×100 nm³ groß, sind es ca. 1 % der Atome. Die Oberfläche ist die massivste aller Störungen im periodischen Aufbau eines Kristalls. Oberflächenatome sind anders gebunden und unterscheiden sich elektronisch von inneren Atomen. Die Materialeigenschaften einer nanostrukturierten Probe werden in starkem Maße von den Oberflächenatomen mitbestimmt. Es kommt zu geänderten mechanischen, elektrischen, magnetischen, optischen und chemischen Eigenschaften, die von der Teilchengröße und -form abhängen. Bei noch kleineren Maßen kommen außerdem noch quantenmechanische Effekte hinzu. Ist die Leuchtfarbe eines Halbleiters bei einem Teilchendurchmesser von 8 nm rot, wird sie bei 2,5 nm grün. Will man bestimmte Eigenschaften erzielen, müssen die Teilchen eine einheitliche Größe, Gestalt und Ausrichtung haben.