Die Mitarbeiter/innen im Bereich Nanomaterialien beschäftigen sich mit der Erzeugung, Stabilisierung, Funktionalisierung und Anwendung von Nanopartikeln und Nanostrukturen. Die Nanopartikel werden über „bottom-up“-Methoden mittels chemischer Synthese hergestellt. Hierfür wird vor allem die so genannte Nichtwässrige Methode in organischen Lösungsmitteln eingesetzt. Über diese Methode ist die Herstellung sehr kleiner Partikel (2-20 nm) mit engen Größenverteilungen und homogener Form möglich, die für viele Anwendungen vorteilhaft bzw. notwendig sind. Aufgrund ihrer hohen Stabilität und der vielfältigen Eigenschaften liegt der Schwerpunkt auf der Synthese von Metalloxiden. Durch ein Scale-Up in den Litermaßstab und unsere langjährigen Untersuchungen zum prozesstechnischen Verständnis der Partikelbildung ist es auch möglich, größere Mengen an Nanomaterialien (bis 200 g/Ansatz) zu produzieren und die Partikeleigenschaften gezielt einzustellen.
Stabilisierte Metalloxid-Nanopartikel und ihre Anwendung in Nanokompositen, lumineszierenden Dispersionen und optischen Funktionselementen (v. l. n. r.).
Neben der Synthese wird die Partikelstabilisierung und Funktionalisierung eingehend untersucht. Aufgrund ihrer sehr hohen spezifischen Oberfläche (bei 4 nm großen Partikeln liegen bereits ca. 30 % der Atome an der Oberfläche) neigen Nanopartikel stark zur Agglomeration, können aber durch eine Belegung mit organischen Molekülen stabilisiert werden. Zudem lassen sich so gezielt auch viele weitere Eigenschaften (chemisches Verhalten, biologische und katalytische Aktivität, optische Eigenschaften) verändern und eine kontrollierte Vernetzung (self-assembly) erreichen.
Zusätzlich werden neuartige Anwendungen von Nanopartikeln durch den Einsatz hierfür maßgeschneiderter Nanopartikel entwickelt. Die Schwerpunkte liegen hierbei insbesondere in den Bereichen maßgeschneiderte Nanokomposite und Nanopartikel-Dünnschichten sowie magnetische Nanomaterialien.
Der Bereich Nanomaterialien ist darüber hinaus eng in das Laboratory for Emerging Nanometrology LENA eingebunden und beschäftigt sich dort mit der Metrologie von Nanopartikeln. Die Synthese von Materialien für zukünftige Batteriesysteme wird im Rahmen der Nachwuchsgruppe „Solid-State-Batteriematerialien und -Elektroden“ in Kooperation mit der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) durchgeführt..