Nanomaterialien
In den letzten Jahren wurden viele Anstrengungen unternommen, nanostrukturierte Materialien mit unterschiedlichsten Funktionalitäten herzustellen und zu erforschen. Das Interesse an solchen Materialien rührt daher, dass ihre Eigenschaften (optische, elektrische, katalytische) maßgeblich von Größe, Zusammensetzung und Struktur der Oberfläche abhängen. Solche Materialien können organischer („soft-matter“) oder anorganischer („hard-matter“) Natur sein oder eine Kombination aus beiden („Hybrid-Materialien“). Häufig werden sie zusätzlich noch mit Funktionalitäten versehen, um gezielt bestimmte Eigenschaften in das System einzubringen. Im Gebiet der Nanomaterialien wurde zuletzt großes Augenmerk auf die Synthese kolloidaler Materialien gelegt, da diese ein breites Anwendungsspektrum bieten und für die Funktionalisierung von Oberflächen, z.B. in der Pharmazie und Biologie, besonders geeignet sind.
Im Bereich der kolloidalen Materialien sind „Core-Shell“-Partikel ein interessantes Arbeitsgebiet, da hier die Möglichkeit besteht, verschiedene Funktionalitäten zu kombinieren und die Eigenschaften durch Zusammensetzung, Dicke des Kerns und der Hülle und Partikelgröße gezielt zu beeinflussen. Core-Shell-Partikel werden meist über eine so genannte Heterokoagulation hergestellt (Abb. 1).
 
Abb. 1: Schematische Darstellung der Synthese von SiO₂@TiO₂ mittels Heterokoagulation.

Dabei wird das kleinere Partikel chemisch oder physikalisch an die Oberfläche des größeren gebunden, wenn sichergestellt ist, dass beide Partikel eine genügend unterschiedliche Oberflächenladung besitzen. Über die Messung des Zeta-Potentials kann die Partikelladung bestimmt werden. Das synthetisierte Core-Shell-Partikel besitzt einen Kern, der völlig andere Eigenschaften aufweisen kann als die Hülle. Dies kann, wie bereits erwähnt, zur gezielten Darstellung von funktionalisierten Materialien verwendet werden. Zur Charakterisierung wird neben der Zeta-Potentialmessung auch die Elektronenmikroskopie (REM, TEM) angewandt, um Erkenntnisse über die Morphologie und Schichtdicke der Partikel zu gewinnen.
Am Lehrstuhl für Bauchemie werden solche Core-Shell-Systeme synthetisiert und unter anderem mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht (Abb. 2). Ein Beispiel sind Titandioxid-beschichtete Silica-Partikel, die unter Bestrahlung mit Sonnenlicht eine photokatalytische Aktivität entwickeln und organisches Material wie z. B. Schimmel, Staub, Nicotin oder Biofilme zersetzen.


Abb. 2: REM-Aufnahme von SiO₂@TiO₂-Partikeln.