Redoxpotentialgesteuerte Ausscheidungskinetik superparamagnetischer Nickel- und Kobaltkristalle in Silicatgläsern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Joachim Deubener; Professor Dr. Thomas Höche
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316146333

Aufgrund von Ausscheidungsreaktionen, die durch Wechsel im Redoxpotential initiiert werden, sollen Kolloide der Übergangsmetalle Nickel und Kobalt in Silicatgläsern mit hohen Anzahldichten (>1E20 m-3) synthetisiert werden. Im Zentrum der Arbeiten steht zunächst die Kinetik dieser Vorgänge sowie die Aufklärung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Von diesen neuartigen Metall-Glas-Kompositen werden, bedingt durch die Nanoskalierung der ausgeschiedenen Metallphasen, neben der Plasmonenresonanz vor allem superparamagnetische Eigenschaften erwartet. Zur gezielten Einstellung der Nanogefüge der Materialien ist die Kontrolle der Kinetik der Ausscheidungs- und Kristallisationsprozesse erforderlich, die bisher nur für Edelmetalle erforscht wurde. In den Vorarbeiten wurde bereits ein gangbarer Weg der Materialsynthese aufgezeigt, der aus der Emailtechnik abgeleitet wurde und bei der durch komplexe Redoxreaktionen nanoskalige Gefüge entstehen. Somit kann eine alternative Syntheseroute (im Vergleich zu beispielsweise Fällungsreaktionen oder Hydrothermalsynthese) zur Erzeugung magnetischer Nanopartikel aus Co und Ni auf dieser Weise etabliert werden. Die so erzeugten Nanopartikel sind in der Silicatmatrix vor korrosiven Angriff (Oxidation) geschützt und haben ein großes Potential, beispielsweise für Informationsspeicheranwendungen. Die Einflussgrößen, welche die beteiligten Lösungs-, Zersetzungs- und Ausscheidungsreaktionen kontrollieren, sind in der Literatur für Ni und Co nicht be-schrieben und lassen daher einen hohen Erkenntnisgewinn der geplanten Arbeiten erwarten. Dieses "Neuland" soll durch Kombination von - auf der herstellungsbasierten Seite - glastechnischen und - auf der nanoanalytischen Seite - mikrostrukturdiagnostischen Arbeitspaketen untersucht werden, um ein Verständnis der relevanten Ausscheidungsphänomene zu gewinnen. Die geplanten Arbeiten stellen eine Generalisierung der Keramisierung von Gläsern dar, da durch Einflussnahme auf den Redoxzustand von Glasbestandteilen nunmehr nanoskalige metallische Funktionsphasen gebildet werden. Dieser Ansatz ist im Kontrast zu gängigen Glaskeramisierungstechniken (üblicherweise werden durch gezielte Keimbildung oxidische Funktionsphasen ausgeschieden) völlig neu und es wird erwartet, dass damit die Grundlagen zur Entwicklung gänzlich neuartiger Funktions-Kompositmaterialien gelegt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen