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Nanostrukturen Zweidimensionale Nanostrukturen durch Selbstorganisation

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Einer internationalen Forschungsgruppe ist erstmals die Herstellung von Nanokristallen gelungen, die durch Selbstorganisation zu leitfähigen zweidimensionalen Nanostrukturen zusammenfinden. Ihre verbesserte Leitfähigkeit bietet vielfältige Anwendungspotenziale, beispielsweise in Solarzellen oder Photosensoren.

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Prof. Dr. Stephan Förster, seit März 2010 Inhaber des Lehrstuhls Physikalische Chemie I an der Universität Bayreuth.
Prof. Dr. Stephan Förster, seit März 2010 Inhaber des Lehrstuhls Physikalische Chemie I an der Universität Bayreuth.
( Foto: Prof. Dr. Stephan Förster )

Bayreuth, Hamburg, Madrid/Spanien – Nanokristalle sind winzige Teilchen, nicht mehr als 100 Nanometer groß. Wegen ihrer kristallinen Struktur und ihres besonderen Eigenschaftsprofils sind sie hochinteressant für die Entwicklung neuer Materialien und Technologien. Bei der hierfür erforderlichen Grundlagenforschung hat eine internationale Forschungsgruppe unter Mitwirkung von Prof. Stephan Förster, der erst seit wenigen Monaten an der Universität Bayreuth tätig ist, wegweisende Ergebnisse erzielt. Erstmals ist die Herstellung von Nanokristallen gelungen, die sich durch Selbstorganisation so zusammenfügen, dass flächige kristalline Nanostrukturen mit hoher Leitfähigkeit entstehen.

Neben Prof. Stephan Förster, der von der Universität Hamburg nach Bayreuth gekommen ist, gehören auch Prof. Christian Klinke und Prof. Horst Weller (Universität Hamburg) sowie Dr. Beatriz H. Juarez (Forschungszentrum IMDEA Nanoscience in Madrid) zu der Forschungsgruppe.

Leitfähige Nanostrukturen erweitern Einsatzmöglichkeiten von Nanokristallen

Schon seit geraumer Zeit werden auf der Basis von Nanokristallen elektrische Bauelemente produziert. Aber diese Bauteile sind nur schlecht leitfähig, weil die Lücken zwischen den Nanopartikeln einen freien Fluss der Elektronen behindern. Zwar haben einige Forscher versucht, die Übergänge zwischen benachbarten Partikeln mit chemischen Methoden zu erleichtern, doch eine zufriedenstellende Leitfähigkeit wurde nicht erreicht. Hingegen ermöglichen flächige Nanostrukturen, die sich auf dem Weg der Selbstorganisation bilden, einen erheblich verbesserten Durchfluss der Elektronen. Aufgrund ihrer Leitfähigkeit bieten sich vielfältige Anwendungspotenziale, beispielsweise in flexiblen elektronischen Schaltungen, Solarzellen oder Photosensoren.

In der Forschung werden diese flächigen Nanostrukturen als „zweidimensional“ klassifiziert. Denn ihre Länge und ihre Breite beträgt jeweils rund ein Mikrometer und ist damit um ein Vielfaches größer im Vergleich zu ihrer äußerst geringen Höhe von rund zwei Nanometern . So besitzen sie unter dem Elektronenmikroskop ein nahezu quadratisches Aussehen.

Organische Moleküle rufen Nanokristalle zur Ordnung

Die neu hergestellten Nanokristalle zeichnen sich durch eine relativ einfache Struktur aus. Es sind kleine Partikel von Bleisulfid, einer Verbindung aus Blei und Schwefel. Die treibende Kraft für die Bildung von Flächenstrukturen geht von organischen Molekülen aus. Diese Moleküle – es handelt sich um Ölsäure – befinden sich auf der Oberfläche der Nanokristalle. Hier üben sie auf deren innere Struktur eine stabilisierende Wirkung aus. Der Prozess der Selbstorganisation wird nun dadurch in Gang gesetzt, dass die organischen Moleküle beginnen, untereinander zu kristallisieren. Dadurch veranlassen sie die Nanokristalle, sich ihrerseits in eine kristalline, zusammenhängende Struktur zu fügen. Nicht in beliebigen Formen, sondern in wohlgeordneten Flächen lagern sich die Nanokristalle aneinander.

Originalveröffentlichung:

Constanze Schliehe, Beatriz H. Juarez, Marie Pelletier, Sebastian Jander, Denis Greshniykh, Mona Nagel, Andreas Meyer, Stephan Förster, Andreas Kornowski, Christian Klinke, Horst Weller, „Ultra-thin PbS sheets by two-dimensional oriented attachment“ in: Science (2010), Vol. 329. no. 5991, pp. 550 - 553; DOI-Bookmark: http://dx.doi.org/10.1126/science.1188035

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