Nanopartikel- & Mikropartikel-Synthese

Mikropartikel und Nanopartikel sind eine spezielle Klasse von Materialien mit enormem technologischen Potenzial in Energie-, Bildgebungs-, medizinischen und Umwelt-Anwendungen. Nanopartikel haben definitionsgemäß mindestens eine physikalische Dimension von weniger als 100 Nanometern. Mikropartikel haben eine physikalische Dimension von ungefähr 1 bis 1000 Mikrometern. Obwohl diese Partikel die gleiche Zusammensetzung wie das entsprechende Bulkmaterial haben, besitzen sie aufgrund der Größeneffekte ausgezeichnete optische, elektrische, thermische und magnetische Eigenschaften. Forscher haben Synthesemethoden entwickelt, um die Eigenschaften, Form, Zusammensetzung und Größenverteilung noch weiter zu kontrollieren und spezifischen Anwendungen besser anzupassen.

Die Mikropartikel- und Nanopartikelsynthese wird üblicherweise anhand von physikalischen und chemischen Methoden durchgeführt. Bei physikalischen Methoden werden Partikel durch Größenreduzierung des Ausgangsmaterials erzeugt. Hierbei handelt es sich um den so genannten Von-oben-nach-unten-Ansatz der Mikrofertigung und Nanofertigung. Physikalische Methoden umfassen Mahlen, Gaskondensierung, Elektrosprühen, Lithographie und thermische Zersetzung. Bei vielen chemischen Methoden werden Partikel durch Nukleation und Züchtung von Partikeln aus atomaren oder molekularen Vorläufern normalerweise in der Flüssig- oder Gasphase einer chemischen Reaktion hergestellt. Hierbei handelt es sich um den so genannten Von-unten-nach-oben-Ansatz. Chemische Methoden zur Synthese von Mikropartikeln und Nanopartikeln umfassen Mikroemulsion, hydrothermal, mikrofluidisch, Gasphasensynthese, Pyrolyse und Sol-Gel-Prozesse. Die chemische Synthese von Nanopartikeln produziert Nanostrukturen mit weniger Defekten, bietet Zugang zu komplexeren und homogeneren chemischen Verbindungen und ist einfach auf eine kostengünstige und schnelle Produktion übertragbar.

Da diese Methoden oftmals arbeitsintensiv sind und toxische Nebenprodukte erzeugen, sind biologische oder grüne Methoden zur Nanopartikelsynthese wie Biogenese mit Mikroorganismen und Pflanzenextrakten im Aufkommen. Diese nachhaltigen Methoden produzieren nicht-toxische, umweltfreundliche Partikel, die für biomedizinische und umweltbezogene Anwendungen geeignet sind.