TY - BOOK

T1 - Pulslaserinduziertes Heizen von kolloidal dispergierten Nanopartikeln und Nanopartikelüberstrukturen

AU - Kranz, Daniel

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Nanopartikel eigenen sich aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften hervorragend für das Heizen mittels Laserstrahlung. Durch ihre Absorptionseigenschaften im Bereich der Laserwellenlänge und einer gleichzeitigen optischen Transparenz des umgebenden Lösungsmittels, ist ein selektives Erhitzen kolloidaler Partikel möglich, wohingegen das umgebende lasertransparente Medium nahe Raumtemperatur verbleibt. Diese Methode ermöglicht das Heizen kolloidal dispergierter Nanopartikel direkt in Lösung weit über den Schmelzpunkt hinaus, was auf konventionelle Weise aufgrund der Limitierung durch den Siedepunkt des Lösungsmittels nicht möglich ist. Aufgrund ihrer Einfachheit stellt die Laserbehandlung eine exzellente Erweiterung zur nasschemischen Nanopartikelsynthese dar. In dieser Arbeit wurden laserinduzierte thermische Prozesse in unterschiedlichen Partikelsystemen, von Einmaterialpartikeln über Heteropartikel bis zu Nanopartikelüberstrukturen untersucht. Angefangen von einem einfachen Schmelzprozess anisotroper Edelmetallpartikel, konnte außerdem eine reduktive Phasenumwandlung kolloidaler Kupfer(II)oxidnanopartikel mit dem Laser induziert werden, wobei neben der prinzipiellen Möglichkeit dieses Verfahrens, zusätzlich ein Schwellenwert einer Mindestpartikelgröße näherungsweise ermittelt werden konnte. Außerdem konnte durch laserinduzierte Heizprozesse eine homogene Legierungsbildung von Au-Cu Heteronanopartikeln erreicht werden. Durch die Kombination der Stärken aus nasschemischer Partikelsynthese und anschließender isochorer laserinduzierter Legierungsbildung wurde darüber hinaus die Möglichkeit einer Zusammensetzungskontrolle dargestellt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass Nanopartikel, eingebettet in eine lasertransparente Silikaschale, als indirektes Heizelement fungieren können, wodurch Hinweise auf eine thermische Kristallisation der amorphen Schale gewonnen werden konnten. Abschließend wurden außerdem Nanopartikelkryogele (Nanopartikelnetzwerke) auf die prinzipielle Möglichkeit eines laserinduzierten Heizprozesses, sowie der Erhaltung der mikroskopischen und feinporigen Struktur untersucht. All diese Ergebnisse zeigen sowohl die vielfältigen Möglichkeiten laserinduzierter Heizprozesse von Nanopartikeln, als auch ihre potentiell universelle Anwendbarkeit auf eine Vielzahl an möglichen Partikelsystemen.

AB - Nanopartikel eigenen sich aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften hervorragend für das Heizen mittels Laserstrahlung. Durch ihre Absorptionseigenschaften im Bereich der Laserwellenlänge und einer gleichzeitigen optischen Transparenz des umgebenden Lösungsmittels, ist ein selektives Erhitzen kolloidaler Partikel möglich, wohingegen das umgebende lasertransparente Medium nahe Raumtemperatur verbleibt. Diese Methode ermöglicht das Heizen kolloidal dispergierter Nanopartikel direkt in Lösung weit über den Schmelzpunkt hinaus, was auf konventionelle Weise aufgrund der Limitierung durch den Siedepunkt des Lösungsmittels nicht möglich ist. Aufgrund ihrer Einfachheit stellt die Laserbehandlung eine exzellente Erweiterung zur nasschemischen Nanopartikelsynthese dar. In dieser Arbeit wurden laserinduzierte thermische Prozesse in unterschiedlichen Partikelsystemen, von Einmaterialpartikeln über Heteropartikel bis zu Nanopartikelüberstrukturen untersucht. Angefangen von einem einfachen Schmelzprozess anisotroper Edelmetallpartikel, konnte außerdem eine reduktive Phasenumwandlung kolloidaler Kupfer(II)oxidnanopartikel mit dem Laser induziert werden, wobei neben der prinzipiellen Möglichkeit dieses Verfahrens, zusätzlich ein Schwellenwert einer Mindestpartikelgröße näherungsweise ermittelt werden konnte. Außerdem konnte durch laserinduzierte Heizprozesse eine homogene Legierungsbildung von Au-Cu Heteronanopartikeln erreicht werden. Durch die Kombination der Stärken aus nasschemischer Partikelsynthese und anschließender isochorer laserinduzierter Legierungsbildung wurde darüber hinaus die Möglichkeit einer Zusammensetzungskontrolle dargestellt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass Nanopartikel, eingebettet in eine lasertransparente Silikaschale, als indirektes Heizelement fungieren können, wodurch Hinweise auf eine thermische Kristallisation der amorphen Schale gewonnen werden konnten. Abschließend wurden außerdem Nanopartikelkryogele (Nanopartikelnetzwerke) auf die prinzipielle Möglichkeit eines laserinduzierten Heizprozesses, sowie der Erhaltung der mikroskopischen und feinporigen Struktur untersucht. All diese Ergebnisse zeigen sowohl die vielfältigen Möglichkeiten laserinduzierter Heizprozesse von Nanopartikeln, als auch ihre potentiell universelle Anwendbarkeit auf eine Vielzahl an möglichen Partikelsystemen.

U2 - 10.15488/15570

DO - 10.15488/15570

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -