Ziel des Forschungsprojekts war es, ein innovatives und effizientes Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanopartikeln zu entwickeln, die direkt im Anschluss an die Synthese (in situ) durch eine optisch inaktive Schicht vor Oxidation geschützt bzw. stabilisiert werden.
Metallische Nanopartikel unedler Metalle sind an der Luft instabil und oxidieren sehr schnell, doch sie haben ein hohes Anwendungspotenzial. Viele Produkte, wie z.B. Automobillacke oder Kosmetikartikel, werden durch Metalleffektpigmente optisch aufgewertet. In neuen Entwicklungen konnte gezeigt werden, dass Pigmente, die Farbigkeit und metallischen Glanz gleichzeitig in einem Komposit-Pigment vereinen, durch Einsatz nanotechnologischer Prinzipien herstellbar sind. Bisher gibt es aber kein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für oxidationstabile metallische Nanopartikel.
rechts: Beschichtete Metallpartikel: a) 5 nm Schichtstärke, b) 8 nm Schichtstärke.
Aufgrund der guten Skalierbarkeit von Gasphasenprozessen erfolgte die Synthese und Beschichtung in der Gasphase. Die Partikel wurden in einem Lichtbogenofen durch Verdampfung und Rekondensation aus reinen Metallen hergestellt. Die mittlere Partikelgröße der erzeugten Aerosole konnte langzeitstabil gezielt auf 4 bis 50 nm eingestellt werden. Die anschließende Beschichtung der Partikel erfolgte in einem Rohrreaktor durch heterogene Zersetzung eines Precursors. Durch Wahl geeigneter Prozessbedingungen konnten auf den Partikeln dichte Schichten mit einer Stärke von 3 bis 8 nm kontrolliert erzeugt werden. Vergleichende Materialanalysen an Pulverproben von beschichteten und unbeschichteten Partikeln ergaben, dass die Partikel auch nach dreimonatiger Lagerung bei Umgebungsbedingungen durch die aufgebrachten Schichten effektiv vor Oxidation geschützt werden. Mit der erfolgreichen Realisierung der stabilisierten Metallnanopartikel wurde die Grundlage für weitere Projekte, die auf metallischen Nanopartikeln basieren, geschaffen.
