Salz in der Flamme

News: Salz in der Flamme

Nanopartikel sind seitens der Industrie heiß begehrt. Deshalb entwickeln Forscher auch allerorts Verfahren, die schnell und günstig reine Partikel in gewünschter Größe herstellen können. Ein Wissenschaftler hat eine Methode entwickelt, bei dem die fragilen Winzlinge direkt bei der Herstellung durch einen Salz-Überzug geschützt werden.

Thorsten Krome

Kleiner ist besser – so die Devise der Nanoforschung. Und tatsächlich, häufig lassen sich die Eigenschaften von Materialien allein durch Variation der Größe in gewünschter Art und Weise einstellen. So arbeiten Katalysatoren mit einer möglichst großen Oberfläche beispielsweise besonders gut; da sehr kleine Teilchen ein deutlich höheres Oberflächen-/ Volumenverhältnis haben, ist die Industrie an einem feinen Pulver aus Nanopartiklen brennend interessiert. Heutzutage haben übliche Partikel für Katalysatoren etwa Mikrometergröße. Ginge man in den Bereich von Nanometern, so wäre die Oberfläche einige Hunderttausendmal größer und das Material entsprechend effizienter.

Es gibt durchaus einige gute Methoden, solch kleine Teilchen herzustellen. Ein gängiges Verfahren, ist die so genannte Flammensynthese. Hierbei entstehen die gewünschten Teilchen bei der Verbrennung bestimmter Ausgangsstoffe. Auch Richard Axelbaum von der Washington University in St. Louis nutzt diese Methode und hat sie für seine Zwecke so modifiziert, dass die Ausbeute an reinen Partikeln besonders hoch ist.

Der Maschinenbauingenieuer erzeugt seine Teilchen in einem 1,2 Meter langen, röhrenförmigen Reaktor, in dem eine etwa acht Zentimeter hohe Flamme brennt. Hier werden Metallhalogenide wie Bortrichlorid oder Titantetrachlorid durch Natrium zu metallischen oder keramischen Nanopartikeln reduziert. Gleichzeitig entsteht bei dieser Reaktion ein Salz, das die frisch entstandenen Partikel mit einer Schutzschicht überzieht und sie so auch an der Luft stabilisiert. Außerdem spielt das Salz eine Rolle, wenn Partikel gewünschter Größe in großen Mengen herzustellen sind.

Axelbaum gelang es so, Nanopartikel zwischen zehn und 60 Nanometern aus sieben Elementen und vier Keramiken zu produzieren. Er geht davon aus, dass weitere 35 Elemente und Keramiken dem Verfahren offen stünden. Mit seiner Methode, die er sodium/halide flame encapsulation (SFE) nennt, erreichte er eine Ausbeute von etwa 40 Gramm pro Stunde.

Das hochreine Pulver ist für mancherlei Anwendung interessant: So führt ein Space-Shuttle für den Start rund 200 000 Kilogramm Aluminium-Pulver als Treibstoff mit sich. Mit SFE ließe sich die Wirkung des Pulvers stark verbessern, da die einzelnen Aluminium-Partikel viel kleiner sind und so schneller und besser verbrennen. Auch Kondensatoren, die als elektronische Bauteile in allen Mobiltelefonen und Computern genutzt werden, ließen sich so kleiner und billiger herstellen.