Größenabhängige Fluoreszenz – und Ramananalyse von Nanopartikeln in einer neuartigen analytischen Ultrazentrifuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
• Subject Area: Mechanische Verfahrenstechnik
• Term: from 2018 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 405869425

Partikeleigenschaften hängen von dispersen Eigenschaften (Größe, Form, Oberfläche innere Struktur) und der Zusammensetzung ab. Um diese Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in technischen Anwendungen gezielt nutzen zu können, ist eine leistungsfähige, möglichst mehrdimensionale Analytik erforderlich. Die Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der analytischen Ultrazentrifugation mit integrierter UV-Vis-Absorptionsoptik haben bereits gezeigt, dass diese Methode eine überragende Auflösung, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit für die mehrdimensionale Charakterisierung von Partikelgröße, Form, Dichte und von Absorptionseigenschaften der Partikeln aufweist. Ziel des vorliegenden Antrags ist die in situ Fluoreszenz- und Ramananalytik in einer analytischen Ultrazentrifuge. Die Messung des Fluoreszenzspektrums während der Sedimentation der Partikeln in einem durchstimmbaren Zentrifugalfeld erlaubt einen simultanen Zugang zu dispersen Eigenschaften wie Partikelgröße, Form und Dichte und erstmalig auch zu spektralen Emissionseigenschaften der Nanopartikeln. Durch die Trennung der Partikeln während der Messung ist es möglich auch sehr breite Partikelgrößenverteilungen aufzulösen und die geometrischen Eigenschaften der untersuchten Partikeln direkt mit den gewonnenen optischen Eigenschaften zu verknüpfen. Die neue Methode ist anwendbar für die Analyse von halbleitenden und metallischen Nanopartikeln wie z.B. Quantenpunkten, plasmonischen Edelmetallkolloiden, neuartigen 2D-Materialien bis hin zu einzelnen oder aggregierten Proteinen. Die Ramananalyse ermöglicht den Zugang zur größenabhängigen Partikelzusammensetzung und Struktur (z.B. von Kohlenstoffallotropen wie Kohlenstoffquantenpunkten, Graphen, CNTs). Im Rahmen des Projekts soll der neu konzipierte Messaufbau in eine präparative Ultrazentrifuge integriert und zunächst anhand von Referenzmaterialien validiert werden. Weitere wichtige Schritte umfassen die Entwicklung neuer Messmethoden und der Auswertesoftware. Messungen an unterschiedlichen Partikelsystemen sollen die gewonnene Leistungsfähigkeit demonstrieren und tiefere wissenschaftliche Kenntnisse liefern.

• DFG Programme: Sachbeihilfen
• International Connection: USA
• Kooperationspartner: Professor Borries Demeler, Ph.D.; Walter Fleming Stafford, Ph.D.