Metallische Nanopartikel in mesoskopischen Systemen

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Dissertation_d_s.pdf14.01.2010 17:47:2819,37 MB
Die Herstellung definierter und stabiler Anordnungen von Nanopartikeln ist in magnetischen Speichermedien, in der Biosensorik oder in optoelektronischen Bauteilen von besonderem Interesse. Dabei spielt die Selbstorganisation der Nanopartikel in 2D- und 3D-Strukturen eine entscheidende Rolle. In Hinblick auf die Produktion von z.B. Festplatten ist die Verwendung von ferromagnetischen, monodomänigen Nanopartikeln als individuelle magnetische 1Bit-Informationseinheit ein vielversprechender Ansatz. Dabei müssen die Nanopartikel drei Voraussetzungen erfüllen: 1. ferromagnetisches Verhalten bei Raumtemperatur, 2. magnetische Entkopplung und 3. Anordnung in einem hoch geordneten zweidimensionalen Kristallgitter. Der Ferromagnetismus ist abhängig von der Partikelgröße und geht, für eine gegebene Temperatur, durch Reduzierung des Partikelvolumens in ein superparamagnetisches Verhalten über. Dabei rotiert das magnetische Moment der Partikel und der Einsatz in magnetischen Speichermedien ist nicht mehr möglich, da die Magnetisierung nicht in zwei definierten Richtungen einstellbar ist. Durch den Einsatz von Materialien mit hohen magnetokristallinen Anisotropieenergien kann das kritische Partikelvolumen, bei dem der Übergang vom Ferro- in den Superparamagnetismus eintritt, verringert werden. A. Terheiden verwendete FePt-Nanopartikel, die durch die Inertgaskondensation (siehe Kapitel 3.4.2) hergestellt worden sind, und erreichte eine Selbstorganisation der Partikel in einem zweidimensionalen Kristallgitter auf Phospholipid-Multischichten[70]. Das Ziel dieser Arbeit ist die zweidimensionale Anordnung von FeCu- und FeCr-Nanopartikel in Anlehnung an die Ergebnisse hinsichtlich der Selbstorganisation von FePt-Nanopartikeln. Phospholipide sind aus einer polaren Kopfgruppe und zwei unpolaren Kohlenwasserstoff-ketten aufgebaut und gehören somit zur Gruppe der amphiphilen Substanzen. Wegen des amphiphilen Charakters ordnen sich die Moleküle bevorzugt entlang einer Phasengrenze an. Durch geeignete Methoden können Phospholipid-Multischichten auf planaren Oberflächen abgeschieden werden. Werden Nanopartikel auf eine solche Phospholipidmembran aufgebracht, findet eine Umhüllung der Partikel statt. Aufgrund der lateralen Beweglichkeit, die vom Wasserhalt und von der Temperatur abhängig ist, stellt sich eine zweidimensionale Kristallgitterordnung ein. Die Relevanz der Partikelumhüllung besteht in der Verhinderung der Agglomeration der Partikel und in der Entkopplung der magnetischen Momente. Die Herstellung einer hochsymmetrischen zweidimensionalen Kristallgitterordnung von Nanopartikeln kann durch die Verwendung eines Magnetfeldes, das senkrecht zur Schichtoberfläche orientiert ist, erreicht werden. Eine Möglichkeit die Anordnung der Nanopartikel zu fixieren ist die Alterung der Phospholipid-Multischichten, die mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie in Hinblick auf Topographie und mechanische Eigenschaften untersucht wird. Bezüglich einer dreidimensionalen Anordnung von magnetischen Nanopartikeln können Emulsionen eine entscheidende Rolle spielen. Eine Emulsion ist ein Gemisch zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz (Surfactant), die sich an der Grenzfläche zwischen beiden Phasen aufhält. Dabei sind zwei verschiedene Strukturen von Emulsionen bekannt, die bikontinuierliche Struktur und die Tröpfchenstruktur. Bei der bikontinuierlichen Struktur handelt es sich um ein Netzwerk der dispergierten Phase emulgiert im Lösemittel, wobei die Emulsion durch das Surfactant stabilisiert wird. In der Tröpfchenstruktur ist die dispergierte Phase in kugelförmigen Kompartimenten verteilt und wird durch das Surfactant vom Lösemittel getrennt. Die Firma Kemira stellt eine Emulsion mit unbekannter Struktur her, die einen sehr geringen Wassergehalt und einen sehr hohen Ölanteil besitzt. Zur Charakterisierung der Struktur findet im Rahmen dieser Arbeit die Kernmagnetische Resonanz-spektroskopie mit gepulsten Feldgradienten (PFG-NMR) Anwendung. Mit dieser Methode kann auf sehr elegante Weise das Diffusionsverhalten jeder beliebigen Phase bestimmt werden. Neben der Struktur der Emulsion wird ihr Verhalten auf Verdünnung mit Wasser, die Reversibilität der Verdünnung und das Temperaturverhalten untersucht. In Hinblick auf die dreidimensionale Organisation von magnetischen Magnetit-Nanopartikeln wird die Wechselwirkung mit den von Kemira hergestellten Emulsionen untersucht. Zu diesem Zweck muss zunächst die Struktur der Emulsionen nachgewiesen werden, um anschließend die Anordnung der Nanopartikel bestimmen zu können.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie » Physikalische Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie » 541 Physikalische Chemie
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Mayer, Christian [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Molt, Karl [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
12.01.2010
Dokument erstellt am:
14.01.2010
Promotionsantrag am:
29.10.2009
Dateien geändert am:
15.02.2013
Medientyp:
Text