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News: Perfekte Nanostäbchen

Wesentliche Voraussetzung für die Nanotechnologie ist die gezielte Herstellung kleiner Partikel. Dabei ist die Kontrolle der Teilchengröße, der Teilchenform und der kristallinen Struktur besonders wichtig. Für eine kontrollierte Herstellung stäbchenförmiger Halbleiter- und Metall-Nanopartikel sind bisher nur wenige Beispiele bekannt. Nun gelang es Forschern, nahezu perfekte Nanostäbchen aus Zinkoxid aus einer Lösung abzuscheiden.
Kristalle entstehen aus Kristallkeimen, die sich in einem übersättigten Medium bilden. Die größeren Partikel wachsen dann auf Kosten der kleineren. Neuere Forschungen haben ergeben, dass es daneben einen weiteren Mechanismus für das Kristallwachstum gibt: Bei der "orientierten Anlagerung" wachsen einzelne Kriställchen zusammen – und zwar so, dass die Kristallgitter nahezu perfekt ineinander übergehen. Nach diesem Mechanismus entstehen auch stäbchenförmige Zinkoxid-Mikrokristalle, wie Horst Weller, Andreas Kornowski und Claudia Pacholski von der Universität Hamburg bewiesen haben.

Bei der Herstellung ihrer Zinkoxid-Partikel aus einer alkoholischen Zinkacetat-Lösung stellten die Forscher fest, dass die Form der Nanopartikel von den Bedingungen bei der Kristallisation abhängt. Bei niedriger Zinkoxid-Konzentration in der Lösung entstehen annähernd kugelförmige Partikel, wobei der Kugeldurchmesser beim Erhitzen dieser verdünnten Lösung zunimmt. Wird die Lösung dagegen konzentriert und dann erhitzt, bilden sich Nanostäbchen. Dabei gilt: Je länger die Stäbchen der hohen Temperatur ausgesetzt sind, desto länger werden die Stäbchen. Nach eintägigem Erhitzen wachsen sie so bis zu 100 Nanometer Länge und etwa 15 Nanometer Breite heran.

Elektronenmikroskopische Untersuchungen an den auskristallisierenden Lösungen zeigen, dass sich die Stäbchen ausschließlich aus bereits entstandenen kugelförmigen Partikeln bilden. Wie Perlen auf einer Schnur reihen sie sich aneinander und verschmelzen anschließend zu einem einheitlichen, stäbchenförmigen Kristall. Neben dieser bevorzugten Anlagerung an die Stäbchenenden konnten die Hamburger Forscher auch beobachten, dass sich einige Partikel parallel auf die Stäbchen setzen. "In einigen Fällen konnten wir sogar erkennen, dass die einzelnen Partikel wie eine Mauer aneinander gereiht sind, bei der die zweite Reihe Steine gerade auf der ersten aufgesetzt wird," berichtet Weller. Diese Stellen könnten einmal als Verzweigungspunkte für die gezielte Herstellung dreidimensionaler Nanostrukturen dienen.

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