Das Projekt „Nanofluidik und Partikelmanipulation“ gehört neben den Forschungsbereichen „Nanopartikel Charakterisierung“ und „Modell-Nanopartikel“ zur Forschungslinie „Quanten- und Nanometrologie (Quanomet)“. Thematischer Schwerpunkt ist hierbei der Bereich „NanoParticles“, welcher zusammen mit den Bereichen „NanoLight“ und „QuantumTechniques“ in Kooperation mit der Leibniz Universität Hannover die Säulen des gemeinsamen Ziels „Messen in der Nanowelt“ darstellt. Kernaufgabe dieses Projektes besteht darin, nanopartikuläre Strukturen metrologisch zu erfassen und vor allem die Organisationsprozesse in Gänze zu erschließen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen mit Hilfe von nanofluidischen Systemen Aggregatstrukturen aus Nanobausteinen synthetisiert, In-Line die Nanopartikel sowie deren Bildungs- und Aggregationsmechanismen charakterisiert und manipuliert werden. Zu diesem Zweck werden Untersuchungen zu Partikel-Partikel- und Partikel-Wand-Wechselwirkungen, zu hydrodynamischen und elektrokinetischen Transportphänomenen sowie zur Vereinzelung von Modellstrukturen durchgeführt. Dazu sollen spezielle modulare nanofluidische Systeme konstruiert und mittels integrierter elektronischer und optischer Präzisionsmesstechnik die Prozesse und Strukturen charakterisiert werden.
Im Rahmen der Arbeitsgruppe „Herstellung und Charakterisierung hierarchischer, metrologischer Nano- und Mikrostrukturen“, werden die wesentlichen Ziele der Einstellung definierter Eigenschaften von Aggregatstrukturen, wie Partikelanzahl, Struktur und Morphologie sowie eine Erweiterung des aktuellen Wissenstandes über Selbstorganisationsprozesse von Nanopartikeln in fluidischen Systemen verfolgt. Dafür sollen zwei verschiedene Ansätze untersucht werden. Zum einen sollen hierarchische Strukturen aus single line Kettensegmenten aufgebaut werden. Als Bausteine werden anorganische Nanopartikel, wie bspw. Siliziumdioxid oder Gold, mit Polymeren zunächst zu Kern/Hülle-Partikel aufgebaut und durch gezielte Formulierungs- und Prozessparameter zu single line Kettensegmenten umgesetzt. Nach anschließender Klassierung der Segmente sollen diese mit Hilfe weiterer Additive/Partikel zu größeren Aggregatstrukturen weiterverarbeitet werden (siehe Abbildung 1a). Als weiteres Verfahren sollen Flüssigkristalle als Template zum gezielten Strukturaufbau verwendet werden. Einige organische Substanzen bilden in bestimmten Temperaturbereichen und Lösemitteln flüssigkristalline Phasen aus, die sowohl eine Fernordnung wie Kristalle, als auch die Beweglichkeit von Flüssigkeiten aufweisen. So können Flüssigkristalle vielfältige geordnete Strukturen zeigen, die zur gezielten Organisation von Nanopartikeln eingesetzt werden sollen (siehe Abbildung 1b).
(a) (b)
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Aggregatstrukturen aus nanopartikulären Bausteinen mit definierten Eigenschaften durch (a) Aufbau aus single line Kettensegmenten und (b) unter Zuhilfenahme von flüssigkristallinen Phasen als Template.