Planeten-Kugelmühlen erlauben die Herstellung von Nanopartikeln

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Mahlparameter und Medien

Vermahlungen in den Nanometerbereich folgen anderen Gesetzmäßigkeiten als solche, die „nur“ in den Mikrometerbereich vordringen, da mit abnehmender Partikelgröße elektrostatische und sogar molekulare Wechselwirkungen zunehmen. Diese führen dazu, dass die Partikel agglomerieren und so einer Zerkleinerung entgegenwirken. Daher muss die Nanovermahlung in einem flüssigen Medium stattfinden (Kolloidvermahlung), welches die Partikel bestmöglich dispergiert. Meist wird dafür ein einfacher Alkohol benutzt, für manche Anwendungen eignen sich aber auch andere Lösungsmittel oder sogar Wasser. Für die Nanovermahlung in einer Kugelmühle verwendet man einen Mahlbecher und Mahlkugeln aus einem sehr abriebfesten Material wie Zirkonoxid. Das minimiert die Verunreinigung des Probenmaterials durch Abrieb. Generell lässt sich sagen, dass Mahlkugeln mit einem Durchmesser kleiner als 3 mm und Mahldauern von mehreren Stunden für die Herstellung kleinster Partikel nötig sind, da für diese Vermahlungen deutlich mehr Oberfläche und Energie erforderlich sind, als für Trockenvermahlungen im Mikrometerbereich. Abb. 3 (linker Teil) zeigt das Ergebnis einer Vermahlung von Aluminiumoxid (Al₂O₃) bei einer Drehzahl von 650 min^-1. Nach einer Stunde Zerkleinerung mit Ø 1 mm Kugeln in Wasser liegt der Mittelwert der Partikelgrößenverteilung bei 200 nm, nach 4 h bei 100 nm. In einem weiteren Test wurde das Material in unterschiedlichen Dispergiermedien zunächst 1 h mit Ø 1 mm Kugeln und anschließend 3 h mit Ø 0,1 mm Kugeln feinstvermahlen (s. Abb. 3, rechter Teil). Dabei wurde ein Mittelwert von 76 nm in Wasser und 70 nm in 1% NaPO₃ erreicht. Die Mahlergebnisse zeigen, dass Planeten-Kugelmühlen Partikelgrößen im Nanometer-Bereich produzieren können. Dabei spielt für den Erfolg der Nanovermahlung sowohl die Wahl der Kugelgröße als auch des Dispergiermediums eine entscheidende Rolle. n

* Dr. G. Beckers: Retsch GmbH, 42781 Haan

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