Die Anwendungsbereiche von Nanopartikeln sind äußerst vielfältig und reichen von der Verwendung zum Polieren von Wafern für die Halbleiterindustrie über neuartige Materialien bis hin zum Einsatz im menschlichen Körper, etwa zur gezielten Bekämpfung von Krebs. Viele Anwendungen aber stehen noch in der Entwicklungsphase, da die eingesetzten Nanomaterialien stets für die jeweilige Anwendung optimiert werden müssen – hinsichtlich ihrer Größe und Form, aber vor allem auch ihrer Oberflächenchemie, um eine gute Stabilisierung, Dispergierbarkeit oder Kompatibilität und damit die gewünschten Effekte und Eigenschaften zu gewährleisten. Durch eine Anpassung von Synthese und Funktionalisierung der Nanopartikel an den weiteren Einsatz können die Eigenschaften des Endprodukts stark verbessert werden. Nanokomposite, die aus anorganischen Nanostrukturen eingebettet in eine organische Matrix bestehen, weisen oft überlegene Eigenschaften gegenüber den Einzelkomponenten auf. So können beispielsweise ultraharte Oberflächenbeschichtungen realisiert werden, die die darunter liegende Fläche vor Zerkratzen und Abnutzung schützen. Eine sehr gute Verträglichkeit der Nanopartikel mit den organischen Komponenten in allen Arbeitsschritten ist dafür eine wichtige Voraussetzung und stellt sicher, dass die optischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Die Abbildung links zeigt Nanokomposite mit steigendem Gewichtsgehalt an ZrO2-Nanopartikeln bis zu 16 Gewichtsprozent. Die Transparenz hängt dabei entscheidend von der Oberflächenchemie der Nanopartikel ab.
Daneben sind Nanopartikel ideale Bausteine zur Herstellung dünner Schichten (siehe Abbildung rechts), die beispielsweise Verwendung als Sensoren, Kondensatoren oder andere elektronische Komponenten finden können. Durch die Verwendung zuvor hergestellter und stabilisierter Nanopartikel können kristalline Metalloxid-Schichten bei sehr milden Bedingungen hergestellt werden, so dass auch temperaturempfindliche Materialien wie Polymere beschichtet werden können.
Links: Nanokomposite mit steigendem Gewichtsgehalt an ZrO2 – Nanopartikeln von 0 bis 16 %, rechts: Dünnschicht-Dielektrikum aus ZrO2-Nanopartikeln zum Einsatz in Dünnschicht-Kondensatoren.
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