Core-shell nanoparticles - structure and self-assembly at liquid-liquid interfaces
Abstract
Polymer-umhüllte Kern-Schale Nanopartikel (NP) sind von immensem wissenschaftlichen und technologischen Interesse, auf Grund ihrer Fähigkeit auf externe Stimuli zu reagieren und ihrer Verwendbarkeit als Bausteine für Self-Assembly von neuen Funktionsmaterialien. Große Mühe wurde bereits darauf verwendet solche NP-Systeme zu synthetisieren, und vielversprechende Anwendungen, wie beispielsweise Ultrafiltrierung, Verkapselung und Abgabe von Arzneiwirkstoffen, werden angestrebt. Dennoch ist ein detailliertes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Struktur und Eigenschaften nach wie vor ausständig. Unser Ziel ist es, eine fundamental verbesserte Basis für das Verständnis und die Vorhersage des thermo-empfindlichen Verhaltens und der Self-Assembly-Kinetik von superparamagnetischen NP aus hartem Kern und Polymerhülle im Verhältnis zu der Kern-Schale-Struktur. Ein verbessertes Verständnis wird eine maßgeschneiderte Synthese und genaue Kontrolle von aktiven nano-Pickering-Emulsionen ermöglichen. Diese entstehen durch Self-Assembly von NP an der Grenzfläche von Tröpfchen und können durch Verformung der Schale strukturell gesteuert werden. Um fundamentale Zusammenhänge zu erhalten, stützen wir unsere Untersuchungen auf unsere kürzlich entwickelte, einzigartige Plattform von monodispersen NP mit Eisenoxid-Kern und dicht aufgepfropftem Polymerhüllen, die eine genaue Kontrolle der Strukturparameter ermöglicht. Wir werden eine Palette von Kern-Hülle NP mit unabhängig veränderbarem Kernradius, Hüllendicke und Polymer-Pfropfdichte herstellen und systematisch deren Struktur und Reaktion auf thermische Stimuli in der Masse, sowie Struktur und Self-Assembly an flüssigen Grenzflächen in situ untersuchen. Röntgen- und Neutronenkleinwinkelstreumethoden (SAXS und SANS) sind für diesen Zweck hervorragend geeignet, auf Grund ihrer Nanometer-Auflösung, Volumendurchdringung, zerstörungsfreien Natur und guten Zeitauflösung. Wir werden uns daher auf SAXS und SANS konzentrieren, um die Bildung der NP-Kerne in-situ während der Synthese zu charakterisieren und die Kern-Hülle-Struktur zu untersuchen. Vorläufige Ergebnisse haben die Eignung von SAXS für die Visualisierung von sehr dichten Polymerschalen bereits gezeigt. SAXS am Synchrotron bietet besonders hohe Zeitauflösung für die Beobachtung schneller Umschaltbewegungen der Schale auf Grund thermischer Reize. SAXS unter streifendem Einfall (GISAXS) und Röntgenreflektivitätsmessungen (XR) werden verwendet um die Struktur von NP-Assemblierungen an flüssigen Grenzflächen zu verfolgen. Auf diese Art werden wir strukturelle Eigenschaften von Kern-Hülle NP direkt mit dem thermo-empflindlichen Verhalten und der Self-Assembly-Kinetik in Beziehung setzen können. Für dieses Projekt haben sich zwei Gruppen der BOKU Wien mit wissenschaftlicher Exzellenz in NP –Synthese und –Assemblierung (E. Reimhult) und Streumethoden (H. Lichtenegger) zusammengetan. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieses Projektes die fundamentale Basis für das Verständnis und maßgeschneiderte Herstellung einer neuen Klasse von Materialien liefern: ultradünne, mechanisch robuste Membranen aus Kern-Hülle NP, deren Struktur kontrolliert werden kann und die nach Bedarf durch magnetische Felder gesteuert werden können.
Nanopartikel flüssige Oberfläche Kleinwinkelstreumethoden Polymer-Bürst-Schale Kolloid selbst-assemblierung Membran
Publikationen
Mitarbeiter*innen
Erik Reimhult
Univ.Prof. Dr. Erik Reimhult
erik.reimhult@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-80211
Projektleiter*in
01.10.2015 - 31.12.2018
Helga Lichtenegger
Univ.Prof. Mag. Dr.rer.nat. Helga Lichtenegger
helga.lichtenegger@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-89211
Sub-Projektleiter*in
01.10.2015 - 31.12.2018