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 deren Eigenschaften, Form, Zusammensetzung und Größenverteilung für spezifische Anwendungen noch besser steuern zu können.  

Die Mikropartikel- und Nanopartikelsynthese wird üblicherweise anhand von physikalischen und chemischen Methoden durchgeführt. Bei physikalischen Methoden werden Partikel durch Größenreduzierung des Ausgangsmaterials erzeugt. Diese Vorgehensweise wird als Top-down-Ansatz der Mikrofertigung und Nanofertigung bezeichnet. 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 Vorstufen erzeugt, was typischerweise in der Flüssig- oder Gasphase einer chemischen Reaktion erfolgt. Dies wird als Bottom-up-Ansatz bezeichnet. Chemische Methoden zur Synthese von Mikropartikeln und Nanopartikeln umfassen Mikroemulsion, hydrothermale und mikrofluidische Verfahren, Gasphasensynthese, Pyrolyse und Sol-Gel-Prozesse. Die chemische Synthese von Nanopartikeln erzeugt Nanostrukturen mit weniger Defekten, ermöglicht Zugang zu komplexeren und homogeneren chemischen Verbindungen und lässt sich im Hinblick auf eine kostengünstige und schnelle Herstellung leicht skalieren. 

Da diese Methoden oftmals arbeitsintensiv sind und toxische Nebenprodukte erzeugen, sind biologische oder umweltverträgliche 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.