Technologie:
Laserabtrag in Flüssigkeiten

Das Geheimnis der Nanomaterialien von Particular^® besteht in ihrem Herstellungsverfahren: Unsere Nanopartikel sind nicht chemisch synthetisiert, sondern entstehen mittels physikalischem Laserabtrag - unser Ausgangsstoff ist also keine chemische Vorläuferverbindung, sondern ein Festkörper. Das bringt hohe Qualitäten und beste Voraussetzungen für ihre Weiterverarbeitung.

Die Nanotechnologie hat in vielen gesellschaftlichen Bereichen neue Lösungsansätze geschaffen. Sie wird unter anderem durch Energie- und Materialeinsparung zur Ressourcenschonung beitragen und durch neue Diagnose- und Therapieverfahren den einzelnen Menschen helfen.

Die Particular GmbH engagiert sich im Bereich der Nanopartikel: Diese submikroskopischen "Materialklumpen" entfalten aufgrund ihres großen Anteils an Oberflächenatomen besondere Wirkungen. Die Hälfte der weltweiten Nanotechnologie basiert auf Nanopartikeln: Man kann sie in Materialien einmischen, auf Oberflächen aufbringen oder auch "einzeln" als Bindeglied zwischen Biomolekülen verwenden. Mit seinem Laserverfahren zur Herstellung hochreiner und besonders aktiver Nanopartikel trägt Particular dazu bei, dass immer mehr Nano-Produkte jedem Menschen nutzen können.

Verfahren

Unser Prozessvideo demonstriert das Laserverfahren von Particular am Beispiel des Laserabtrags von Gold-Nanopartikeln in einem offenen Glasgefäß mit Wasser und einem darin liegenden Goldplättchen. Durch einen optischen Effekt an der Oberfläche von Gold-Nanopartikeln, der grünes Licht absorbiert, bewirken die Gold-Nanopartikel eine roten Färbung. Sehen Sie darüber hinaus auch unser Video zur Materialvielfalt des Laserprozesses, das den gleichen Prozess an mehreren Materialien demonstriert.

In der Praxis setzt Particular meist geschlossene Produktionskammern in verschiedenen Ausführungen ein, um unterschiedlichen Anforderungen an Nanopartikel-Dispersionen gerecht zu werden. Dank ausgefeilten Hochleistungslasersystemen und Durchflusskammern kann das Verfahren dabei kontinuierlich betrieben werden.

Kleinere Mengen erhalten Sie von unserem Partner STREM Chemicals. Sollten Sie regelmäßig große Mengen (im Gramm- bzw. Multiliter-Maßstab) benötigen, wenden Sie sich gern auch direkt an uns.

Vorteile

Aufgrund seines physikalischen Ansatzes unterscheidet sich der Laserabtrag in Flüssigkeiten grundlegend von chemischen Nanopartikel-Synthesen. Der Verzicht auf chemische Ausgangsstoffe ist für die Nanotechnologie nützlich, da meist eine hohe Reinheit gefordert ist - etwa wenn es um biologische oder medizinische Anwendungen geht oder wenn ein Kunststoff mit Nanopartikeln gefüllt werden soll, ohne die Matrix zu verunreinigen.

Folgende Vorteile zeichnen die Nanopartikel von Particular aus:

• hohe Reinheit der Kolloide ohne Reststoffe und Reaktionsnebenprodukte,
• lange Haltbarkeit durch elektrostatische und wahlweise sterische Stabilisierung,
• organische Lösungsmittel als mögliche Dispersionsmedien ohne Transferschritt.

Beispiele für die einmaligen Anwendungen, die das Laserverfahren von Particular erstmals ermöglicht:

• Beschichtung von Katalysator-Trägerpartikeln mit katalytischen Nanopartikeln bei Beladungen bis in den 2-stelligen Prozentbereich bei konstanten Partikelgrößen,
• Gold-Nanomarker für dauerhafte Wirkung und maximale Biokompatibilität (Verzicht auf ausbleichende Fluorophore oder toxische Quantum Dots),
• Nano-Beschichtungen aus demselben Material wie das Bauteil, auch um bei der Produktzulassung auf eine zusätzliche Werkstoffqualifizierung zu verzichten,
• Volumeneinbettung von Metall-Nanopartikeln in Kunststoffe für längere Wirksamkeit als bei Beschichtungen (Ionenfreisetzungskapazitäten bis zu mehrere Jahre),
• Nanopartikelmixturen für Beschichtungen und Volumeneinbettungen mit einstellbaren Wirkkombinationen.

Publikationen

• Zhang, D.; Goekce, B.; Barcikowski, S.: Laser Synthesis and Processing of Colloids: Fundamentals and Applications. In: Chemical Reviews 117 (2017); DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00468

Auswahl weiterer Veröffentlichungen über Nanomaterialien aus dem Laserabtragsverfahren:

• Barcikowski, S.; Mafuné, F. (Gast-Editoren): Laser Ablation and Nanoparticle Generation in Liquids. Journal of Physical Chemistry (Special Issue) C 115 (2011) 12, 4985-5180.
• Neumeister, A.; Jakobi, J.; Rehbock, C.; Moysig, J.; Barcikowski, S.: Monophasic ligand-free alloy nanoparticle synthesis determinants during pulsed laser ablation of bulk alloy and consolidated microparticles in water. In: Physical Chemistry Chemical Physics 16 (2014) 43, 23671-23678
• Marzun, G.; Streich, C.; Jendrzej, S.; Barcikowski, S.; Wagener, P.: Adsorption of Colloidal Platinum Nanoparticles to Supports: Charge Transfer and Effects of Electrostatic and Steric Interactions. In: Langmuir 30 (2014) 40, 11928-11939
• Gu, S.; Kaiser, J.; Marzun, G.; Ott, A.; Lu, Y.; Ballauff, M.; Zaccone, A.; Barcikowski, S.; Wagener, P.: Ligand-free Gold Nanoparticles as a Reference Material for Kinetic Modelling of Catalytic Reduction of 4-Nitrophenol. In: Catalysis Letters 145 (2015) 5, 1105-1112
• Dong, W.; Reichenberger, S.; Chu, S.; Weide, P.; Ruland, H.; Barcikowski, S.; Wagener, P.; Muhler, M.: The effect of the Au loading on the liquid-phase aerobic oxidation of ethanol over Au/TiO2 catalysts prepared by pulsed laser ablation. In: Journal of Catalysis 330 (2015), 497-506
• Streich, C.; Akkari, L.; Decker, C.; Bormann, J.; Rehbock, C.; Mueller-Schiffmann, A.; Niemeyer, F. C.; Nagel-Steger, L.; Willbold, D.; Sacca, B.; Korth, C.; Schrader, T.; Barcikowski, S.: Characterizing the Effect of Multivalent Conjugates Composed of Aß-Specific Ligands and Metal Nanoparticles on Neurotoxic Fibrillar Aggregation. In: ACS Nano 10 (2016), 7582-7597
• Kalus M-R.; Rehbock C.; Bärsch N.; Barcikowski S.: Colloids created by light: Laser-generated nanoparticles for applications in biology and medicine. In: Materials Today: Proceedings (2016)
• Streubel, R.; Barcikowski, S.; Goekce, B.: Continuous multigram nanoparticle synthesis by high-power, high-repetition-rate ultrafast laser ablation in liquids. In: Optics Letters 41 (2016) 7, 1486-1489
• Kalus, M.-R.; Bärsch, N.; Barcikowski, S.; Marzun, G.: Prozessstabile Katalysatorserien - die Reinheit macht's! In: NMWP-Magazin 1 (2017), 32-33
• Lau, M.; Reichenberger, S.; Haxhiaj, I.; Barcikowski, S.; Müller, A. M.: Mechanism of Laser-Induced Bulk and Surface Defect Generation in ZnO and TiO2 Nanoparticles: Effect on Photoelectrochemical Performance. In: ACS Applied Energy Materials 1 (2018) 10, 5366–5385
• Kamp, M.; Tymoczko, A.; Schürmann, U.; Jakobi, J.; Rehbock, C.; Rätzke, K.; Barcikowski, S.; Kienle, L.: Temperature-Dependent Ultrastructure Transformation of Au–Fe Nanoparticles Investigated by in Situ Scanning Transmission Electron Microscopy. In: Crystal Growth Design 18 (2018) 9, 5434–5440
• Reichenberger, S.; Marzun, G.; Muhler, M.; Barcikowski, S.: Perspective of Surfactant-Free Colloidal Nanoparticles in Heterogeneous Catalysis. In: ChemCatChem 11 (2019) 18, 4489-4518
• Kanitz, A.; Kalus, M.-R.; Gurevich, E.-L.; Ostendorf, A.; Barcikowski, S.; Amans, D.: Review on experimental and theoretical investigations of the early stage, femtoseconds to microseconds processes during laser ablation in liquid-phase for the synthesis of colloidal nanoparticles. In: Plasma Sources Science and Technology 28 (2019) 10
• Hupfeld, T.; Laurens, G.; Merabia, S.; Barcikowski, S.; Gökce, B.; Amans, D.: Dynamics of laser-induced cavitation bubbles at a solid–liquid interface in high viscosity and high capillary number regimes. In: Journal of Applied Physics 127 (2020), 044306
• Amendola, V.; Amans, D.; Ishikawa, Y.; Koshizaki, N.; Scirè, S.; Compagnini, G.; Reichenberger, S.; Barcikowski, S.: Room-temperature laser synthesis in liquid of oxide, metal-oxide core-shells and doped oxide nanoparticles. In: Chemistry A European Journal, Accepted Author Manuscript. DOI:10.1002/chem.202000686
• Nadarajah, R.; Barcikowski, S.; Gökce, B.: Picosecond laser-induced surface structures on alloys in liquids and their influence on nanoparticle productivity during laser ablation. In: Optics Express Vol. 28 (2020) 3, 2909-2924