In situ Untersuchungen von Partikeleigenschaften in unterschiedlichen Stadien ihres Entstehungsprozesses mit Hilfe der optischen Frequenzverdopplung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260796254

Das Ziel des Projekts ist die Etablierung der optischen Frequenzverdopplung (Second Harmonic Scattering, SHS) und (in der zweiten Förderperiode zusätzlich) der Zwei-Photonen-Fluoreszenz (2-PF) als Messmethoden für in situ-Untersuchungen von Partikelbildung, Partikelwachstum und Oberflächenmodifikationen an Nanopartikeln < 50 nm. SHS als nicht-invasive nichtlineare optische Streumethode ist sehr empfindlich gegenüber Änderungen von Partikelgröße, Partikelform und an der Partikeloberfläche. An der Oberfläche von Goldnanopartikeln < 50 nm konnten wir mit SHS den Austausch von Liganden mit hoher zeitlicher Auflösung inline verfolgen, dabei thermodynamische Informationen gewinnen und verschiedene Adsorptionsschritte und Adsorptionsplätze identifizieren. Für halbleitende Quantenpunkte tritt zusätzlich Zwei-Photonenfluoreszenz (2-PF) auf, so dass auch sehr kleine Partikeln von 2-3 nm über diese Methode gemessen werden können. Außerdem bietet 2-PF die Möglichkeit Defekte in Partikeln zu messen. Daher soll nun die Partikelbildung metallischer und halbleitender Partikel mit SHS und auch 2-PF in einem T-Mischer vertieft untersucht werden. In Kombination mit in situ UV-Vis-Spektroskopie sowie TEM soll die Kinetik des Partikelwachstums und Änderungen der Partikelkonzentration verfolgt werden. Durch Variation der Systemparameter soll dann u.a. der Einfluss des Stabilisators auf die Bildungskinetik untersucht werden. Für halbleitende ZnO Quantenpunkte steht besonders die Bildungskinetik der Defekte während des Partikelwachstums im Fokus.Außerdem soll der Ligandenaustausch des Stabilisators an der Oberfläche metallischer Nanopartikeln unterschiedlicher Größe mit in situ SHS verfolgt werden, um die Abhängigkeit der Adsorptionskinetik und des Adsorptionsgleichgewichts von der Partikelgröße zu untersuchen. Gleichzeitig werden der Bedeckungsgrad des eingesetzten Stabilisators und damit die Effizienz des Austauschs bestimmt. Bei den sehr schnellen Austauschprozessen von Catechol auf ZnO soll auf den T-Mischer zurückgegriffen werden.Abschließend soll das Potential der simultanen Messung von SHS und 2-PF evaluiert und ein kombinierter Ansatz für die Partikelmesstechnik entwickelt werden. Dafür sollen anhand von Quantenpunkten die Abhängigkeit von SHS und 2-PF von der Partikelgröße, Anregungswellenlänge und Oberflächenmodifizierung systematisch untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen