Kolloidale Nanomaterialien

Die Kursteilnehmenden werden mit den modernen Herstellungsmethoden und Eigenschaften von Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen sowie von kolloidalen Nanomaterialien und den Mechanismen die Stabilität vertraut gemacht. Sie werden Verfahren für die Herstellung organischer und anorganischer Kolloide sowie von nanoskaligen Hybridsystemen kennenlernen. Dies umfasst physikalische und chemische Methoden anorganischer Nanostrukturen, deren Funktionalisierung mit (bio)molekularen Systemen sowie die maßgeschneiderte Herstellung von Nanoclustern mit atomarer Präzision. Die Grundlagen von Heterophasenpolymerisationen zur Herstellung und Funktionalisierung von maßgeschneiderten organischen Kolloiden(Latexteilchen, Mikrogelen und Hybridpartikeln) werden diskutiert.

Die Kursteilnehmenden sollen den Einfluss chemischer (pH-Wert, Salzgehalt, Zusatzorganischer monomerer und polymerer Stoffe) und physikalischer (Konzentration, Teilchenform und -größe, Temperatur) Größen auf die Stabilität kolloidaler Verteilungen verstehen lernen und in die Lage versetzt werden, die Ergebnisse kolloidchemischer Messungen zu interpretieren. Dabei wird u.a. auf Methoden zur Teilchengrößenmessung sowie die rheologischen Eigenschaften kolloidaler Systeme eingegangen. Das Teilgebiet der anorganischen Nanopartikel und Kolloide umfasst die Herstellung Metall-, Hableiter-, Oxid- und Kohlenstoffnanostrukturen. Dabei werden verschiedene Synthesestrategien zur Herstellung sowohl strukturell isotroper (z.B. kugelförmiger) als auch anisotroper (z.B. stäbchenförmiger oder würfelförmiger) Nanoteilchen vorgestellt und deren größen- und formabhängige Eigenschaften erläutert. In Kombination mit (bio)molekluaren Strukturen entstehen anorganisch-organische Hybridsysteme, deren Eigenschaften durch das Zusammenwirken beider struktureller Untereinheitenbestimmt sind und somit multifunktionelle Eigenschaften besitzen, die zu gänzlich neuen Anwendungsperspektiven führen. Darüber hinauswerden die Herstellung und die Eigenschaften von mikro- und nanoporösen Feststoffen und von Tonmineralen diskutiert und aktuelle Anwendungsgebiete vorgestellt. Das Teilgebiet der organischen Kolloiden umfasst die Herstellung von Mikrogelen und Latexpartikeln durch Fällungspolymerisation und Emulsionspolymerisation. Dabei werden verschiedene Prozessparameter analysiert mit dem Ziel Große, Morphologie und chemische Struktur von organischen Kolloiden gezielt zu steuern. Verschiedene Synthesestrategien zur Funktionalisierung von organischen Kolloiden werden erläutert. Anwendungsnähe Beispiele für die Anwendung von organischen Kolloiden in funktionalen Materialien (Katalysatorträger, Freisetzungssysteme, Mikrofasern, Beschichtungen)werden vorgestellt. Weiterhin werden Herstellung und Eigenschaften von Emulsionen, Mini-,Nano,- sowie Mikroemulsionen behandelt.

Schwerpunkte des Kurses sind:
■ Einteilung kolloidaler Systeme: Nanopartikel, Latices, Mikrogele, Emulsionen
■ Theorien zur Stabilität von Dispersionen und Emulsionen: DLVO-Theorie, sterische Stabilisierung, Depletionwechselwirkung
■ Emulsionen, Miniemulsionen, Mikroemulsionen; Herstellung &Eigenschaften
■ Synthese organischer Kolloide: Grundlagen der Fällungs- und Emulsionspolymerisation
■ Funktionelle Oberflächen
■ Abhängigkeit der Stabilität von Dispersionen und Emulsionen von pH-Wert und Zusatz von Salzen, organischen Stoffen und Polymeren
■ Fließeigenschaften kolloidaler Systeme
■ Teilchengrößenbestimmung

Chemiker:innen, Physiker:innen, andere Naturwissenschaftler:innen, Chemieingenieur:innen, chemisch-technische Mitarbeiter:innen