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Nanotechnologie Zwillingspolymerisation für nanostrukturierte Hybridmaterialien

Autor / Redakteur: Stefan Spange*, Tina Löschner* und Andreas Seifert* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Die Chemie im Nanobereich erfordert ein Umdenken des klassischen Chemikers. Dies gilt besonders für anorganisch-organische Hybridmaterialien. Die gleichzeitige Bildung von zwei Nanostrukturen in einem Prozess gelingt durch die Zwillingspolymerisation.

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Abb. 1: Synthesekonzepte zur Herstellung von zwei Polymeren in einem Prozess. A bezeichnet ein anorganisches Monomer-Fragment, C ein organisches Monomer-Fragment.
Abb. 1: Synthesekonzepte zur Herstellung von zwei Polymeren in einem Prozess. A bezeichnet ein anorganisches Monomer-Fragment, C ein organisches Monomer-Fragment.
(Bild: TU Chemnitz)

Die Speicherung von Energie ist bereits heute eine der zentralen Fragestellungen der Wissenschaft und Wirtschaft und wird auch in Zukunft eine Schlüsseltechnologie bleiben. Sowohl für die Speicherung hochenergetischer Gase (z.B. Wasserstoff-Speicherung) als auch für die Anwendung in elektrochemischen Speichern (z.B. Akkumulatoren) werden nanostrukturierte Materialien mit definierten Hohlräumen (Poren) benötigt, welche in ihren Eigenschaften (Geometrie, molekulare Struktureinheit, mechanische und chemische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit bzw. Isolationseigenschaften) genau angepasst werden können.

Hierbei sind insbesondere die hohen spezifischen Oberflächen nanostrukturierter Materialien von Vorteil, da dadurch z.B. die spezifische Kapazität zur Gasadsorption im Vergleich zu konventionellen Materialien signifikant erhöht werden kann.

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Hybridmaterialien: Chancen und Schwierigkeiten

Eine sehr aussichtsreiche Materialgruppe für diese Anwendungen stellen anorganisch-organische Hybridmaterialien dar, da diese eine Kombination verschiedener Eigenschaften in einem Material ermöglichen [1-3]. Durch die Synergie teils gegensätzlicher Eigenschaften der anorganischen und organischen Komponente in einem Material ergeben sich neuartige Eigenschaften und Funktionen von Hybridmaterialien [4]. Allerdings erwachsen aus den prinzipiell erwünschten unterschiedlichen Eigenschaften beider Komponenten auch Probleme, die in einer häufig beobachteten makroskopischen Entmischung der organischen und anorganischen Phasen resultieren.

Dabei sind es gerade die Strukturierungen auf molekularer Ebene im Bereich von 1 bis 20 nm und die damit einhergehenden großen Oberflächenenergien, die für die besonderen Eigenschaften dieser Nano-Hybridmaterialien verantwortlich sind.

A. Reller beschreibt, welche Herausforderung es darstellt, neue Synthesewege für die gezielte Erzeugung spezifisch kleinster Stoffproportionen zu beschreiten. „Die chemische Synthese erfordert das Planen und Realisieren von Reaktionen im Raum: das Produkt entsteht aus einer raumzeitlich in nanoskopischen Dimensionen kontrolliert ablaufenden Transformation von Reaktionspartnern“ [5].

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