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News: Nanopartikel im Trüben fischen

Nanopartikel sind die Grundlage für neue Materialien. Über die Größe der Teilchen lassen sich etwa thermische oder elektrische Eigenschaften einstellen. Dafür müssen sie exakt charakterisiert und vermessen werden - auch in trüben Flüssigkeiten wie Klebstoffen oder Farben.
Die Nanotechnologie ist ein noch junges Gebiet, dem eine große Zukunft versprochen wird. Nanopartikel – ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters – sind die Grundlage völlig neuer Materialien für Pharmazie, Kosmetik, Elektronik und Optik. Über Größe und Struktur der Teilchen lassen sich die optischen, elektrischen, magnetischen und thermischen Eigenschaften von Produkten, wie etwa Farben oder Klebstoff, einstellen. Deshalb ist es für Qualitätskontrolle, Standardisierung, Normung und eine reproduzierbare Massenfertigung grundlegend, die Partikel exakt zu charakterisieren und zu vermessen. Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Bereich Klebtechnik und Polymere, optimieren Forscher ein Meßverfahren für den industriellen Einsatz. Damit lassen sich mit Hilfe von Lichtstreuung auch in trüben Flüssigkeiten Größe und Diffusionsverhalten sowie Wechselwirkungen der Nanopartikel bestimmen.

Das Verfahren – die 3D-Kreuzrelationstechnik – funktioniert über den Vergleich der Interferenzmuster von gestreutem Licht. Eine Probe wird mit zwei, in einem festgelegten Winkel gegeneinander verkippten Laserstrahlen beleuchtet. Jeder der beiden Laserstrahlen erzeugt ein körniges Muster aus hellen Lichtflecken. Diese Muster werden auf einem Schirm, der hinter der Probe angebracht ist, sichtbar. Die Lichtflecke spiegeln die räumliche Anordnung der Partikel in der trüben Flüssigkeit wider. "Eine Eigenheit der Nanopartikel ist, daß sie immer in Bewegung sind", erklärt Lisa Aberle vom IFAM. "Dabei ist die Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, abhängig von der Größe der Partikel." Deshalb läßt sich umgekehrt anhand des Flackerns der Lichtflecken die Geschwindigkeit der Partikel ermitteln und damit deren Größe bestimmen. Das funktioniert allerdings nur, solange keine Mehrfachstreuprozesse auftreten. "Um den ungewollten Einfluß des mehrfach gestreuten Lichts zu unterdrücken, detektieren wir mit Hilfe eines hochpräzisen Justageverfahrens die zueinander gehörenden Lichtflecke in den beiden Mustern", so Aberle. Mit einem mathematischen Verfahren können Mehrfachstreuprozesse errechnet und herausgefiltert werden.

"Interessant ist das Meßverfahren beispielsweise für leitfähige Klebverbindungen in der Mikrosystemtechnik", berichtet die IFAM-Mitarbeiterin. "Denn nur Partikel einer bestimmten Größe sorgen für die optimale Leitfähigkeit. Kleinere Teilchen erhöhen den Feststoffgehalt des Klebstoffs unnötig, größere können unerwünschte Effekte wie etwa Kurzschlüsse hervorrufen."

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