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Materialwissenschaftler entdecken neuen Mechanismus beim Wachsen von Gold-Nanopartikeln

Dass Metalle wie Schneeflocken wachsen, klingt ungewöhnlich. Beginnend von einem Metallkern wachsen die Metalle dabei in nanomtergroßen Verästelungen in verschiedene Richtungen und können so ganze Beschichtungen ausbilden. Dieses Prinzip liegt vielen industriellen Anwendungen für galvanische Beschichtungen zugrunde. Auch für das Verständnis von Anoden- und Kathodenprozessen in Energiespeichern spielt das sogenannte dendritische Wachstum eine wichtige Rolle. Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben nun das Wachstum von Goldnanopartikeln elektronenmikroskopisch in Flüssigkeit nachverfolgt.

Diese Ergebnisse wurden jüngst in der Zeitschrift Langmuir veröffentlicht.

„Die Filme unserer elektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen das Wachstum unterschiedlicher Spitzen in diesen Verästelungen, den sogenannten Dendriten“, sagen Tobias Kraus, Leiter der Juniorforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen und Niels de Jonge, Leiter des Programmbereichs Innovative Elektronenmikroskopie. „Dass wir die Dendriten in diesen kleine Dimensionen wachsen sehen können, ist einzigartig.“ Die Untersuchungen zeigen, dass Goldpartikel auch dann noch aus der Lösung an die Dendriten diffundieren, wenn der Bereich um eine Dendritenspritze herum schon „abgegrast“ ist. Dann befinden sich keine Goldionen mehr in direkter Nähe und das Wachstum ist von der Diffusion der Goldionen abhängig. Würden die Dendriten durch die Adsorption von Nanogold-Clustern wachsen, wären kleine Clusterkronen um jede Dendritenspitze sichtbar, was in den Aufnahmen der Elektronenmikroskopiker am INM nicht der Fall ist. Zudem scheint das Keimen der Dendriten nicht davon abzuhängen, wie rau die Oberfläche ist, auf der die Kristalle aufwachsen.

Für die Untersuchung dieses dendritischen Wachstums sind besondere Messmethoden notwendig. Dazu nutzten die Forscher am INM eine winzige Flüssigkeitskammer, in die sie kleinste Mengen goldhaltiger Lösungen und winzige Goldnadeln, sogenannte Impfkristalle, in einer Größe von wenigen Nanometern einfüllten. Durch den Elektronenstrahl eines Transmissionselektronenmikroskops starteten sie das Wachstum und beobachteten es über einen Zeitraum von rund vier Minuten.

Originalpublikation: Tobias Kraus, Niels de Jonge, “Dendritic Gold Nanowire Growth Observed in Liquid with Transmission Electron Microscopy”, Langmuir, 2013, 29 (26), pp 8427–8432, DOI: 10.1021/la401584z

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Niels de Jonge

INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien

Leiter Innovative Elektronenmikroskopie
Tel: 0681-9300-313
E-Mail: niels.dejonge@inm-gmbh.de

Dr. Tobias Kraus

INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien

Leiter Juniorforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen
Tel: 0681-9300-389
E-Mail: tobias.kraus@inm-gmbh.de

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