Nanoprismen erstrahlen im Licht

News: Nanoprismen erstrahlen im Licht

Mittlerweile können Forscher dank verschiedener Verfahren leicht Nanopartikel in nahezu beliebiger Größe herstellen. Doch ihre Form lässt sich häufig nicht beeinflussen. Nun ließen Chemiker in einer Silbersalz-Lösung zunächst kleine Silberkügelchen entstehen, nur um diese danach unter Lichtschein in Nanoprismen zu wandeln.

Thorsten Krome

Die Größe von Teilchen bestimmt viele physikalische und chemische Eigenschaften. So unterscheiden sich die Leitfähigkeit, der Magnetismus oder die Lichtabsorption von Nanopartikeln deutlich von grobkörnigem Material. Da Wissenschaftler heute Partikel in nahezu beliebiger Größe herstellen können, lassen sich auch die Materialeigenschaften in gewünschter Weise einstellen. Doch nicht nur die Partikelgröße spielt eine Rolle, auch ihre Form ist entscheidend für ihr Verhalten.

Doch die Form zu verändern, gestaltet sich weitaus schwieriger, als die Teilchen einfach schrumpfen oder wachsen zu lassen. Zwar gibt es einige physikalische und chemische Verfahren, mit denen sich diverse, nanometerkleine Objekte schaffen lassen, doch häufig ist die Ausbeute dabei eher bescheiden. Nun gelang es Chemikern und Materialwissenschaftlern der Northwestern University in Evanston auf elegante Weise, eine große Anzahl so genannter Nanoprismen herzustellen – kleiner Kristalle mit einer dreieckigen Grundfläche, die mit interessanten optischen Eigenschaften aufwarten können.

Im Grunde entspricht das Experiment weitgehend dem zur Herstellung nanometerkleiner Silberkügelchen: Zu einer wässrigen Silbernitratlösung gaben Rongchao Jin und seine Kollegen Natriumborhydrid und Natriumcitrat. Außerdem tropften sie ein Phenylderivat zur Stabilisierung der Teilchen in die Lösung. Nun brauchte es nur noch einige Stunden Licht von einer 40 Watt-Fluoreszenzlampe.

Zunächst sah alles ganz normal aus: Es gab einen Farbumschlag ins Gelbe, was charakteristisch für eine Lösung mit Silber-Nanokügelchen ist. Doch nach etwa drei Tagen färbte sich die Lösung grün und schließlich blau. Und auch im ultravioletten Wellenlängenbereich veränderte sich das Absorptionsspektrum der Lösung.

Aufnahmen im Elektronenmikroskop offenbarten schließlich, was passiert war: Wie gewohnt entstanden zunächst die kleinen Silberkügelchen mit einer durchschnittlichen Größe von etwa acht Nanometern. Doch diese waren nicht beständig, sondern wandelten sich nach einiger Zeit in Nanoprismen mit einer Kantenlänge zwischen zehn und 60 Nanometern um. Nach 70 Stunden gab es fast keine Kügelchen mehr; allein die Prismen schwammen in der Lösung.

Eine eingehendere Analyse zeigte, dass die Nanokügelchen unter dem Lichteinfluss in Atome auseinander brachen. Diese schlossen sich daraufhin schnell zu kleinen Prismen zusammen, die im weiteren Verlauf der Reaktion wuchsen – ein Prozess, den man als Reifung bezeichnet. Dabei konnte das Wachstum jederzeit unterbrochen werden – einfach indem das Licht ausgeschaltet wurde. So ließ sich auch die Größe der Prismen genau steuern.

"Die Nanoprismen sind ein großer Forschritt, da sie bislang unbekannte optische Eigenschaften besitzen, die von ihrer ungewöhnlichen Form herrühren", erklärt George Schatz von der Northwestern University. Anders als kugelförmige Partikel, die vor allem blaues Licht streuen, erstrahlen hundert Nanometer große Prismen in sattem Rot, wenn sie mit Licht beschienen werden. So könnten man mit den Teilchen beispielsweise bestehende Biosensoren verbessern. Mit Nanoprismen aus verschiedenen Materialien und in unterschiedlicher Größe stünde dann in Zukunft eine große Vielfalt an Farbmarkierungen zur Verfügung.