Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 128 Issue 41

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2002, 114 (1), 108 - 110

Nr. 1/2002


Optoelektronische Bauteile in Gelee

Fixierte Kolloide als Matrix
für strukturierte Materialien:
Neuer Syntheseweg für photonische Kristalle?

Materialien mit sehr regelmäßigen Strukturen in der Größenordnung von einigen hundert Nanometern sind Gegenstand intensiver Forschung. Mesostrukturen nennt der Fachmann diese nicht leicht herzustellenden Materialien, nach dem griechischen Wort meso = zwischen - Strukturen nämlich, die in den Bereich zwischen Makro- und atomaren Mikrostrukturen einzuordnen sind. Da die Größenordnung der Mesostrukturen der Wellenlänge von sichtbarem Licht entspricht, haben mesostrukturierte Materialien ganz besondere optische Eigenschaften. In Form so genannter photonischer Kristalle könnten sie eine interessante Rolle für neuartige Laserdioden oder andere optoelektronische Bauteile spielen. Aber auch als Katalysatoren kommen sie in Betracht.

Forscher um Rolf Hempelmann von der Universität des Saarlandes haben nun eine neuartige Methode entwickelt, um dreidimensionale Mesostrukturen aus Metallen herzustellen. Ausgangspunkt sind winzige kugelförmige Latexklümpchen. In wässriger Lösung liegen sie extrem fein verteilt - kolloidal - vor. Vorteil der kolloidalen Latexpartikelchen: Ihre Größenverteilung ist sehr eng, das heißt sie sind alle fast gleich groß - ca. 200 nm im Druchmesser. Die Oberfläche der Kügelchen ist negativ geladen, daher stoßen sie sich ab. Der Clou dabei: Wenn die Konzentration der Kügelchen einen bestimmten Wert überschreitet, ordnen sie sich wegen dieser Abstoßungskräfte zu einem regelmäßigen Muster an, einer Art flüssigem Kristallgitter. Das könnte eine prima "Schablone" sein, um Metallatome in "Reih und Glied" zu bringen. Nur leider ist dieses Gitter nicht stabil. Eine kleine Erschütterung, oder Verunreinigung reicht, um die Ordnung zu stören. Hempelmann und Mitstreiter lösten dieses Problem, indem sie aus der Flüssigkeit ein festes Gel machen, um die Partikel auf ihren Positionen zu fixieren. Das "Geliermittel" ist Acrylamid, das zu Polyacrylamid vernetzt und die Latexkugeln dabei einschließt.

Dieses Gel wird auf eine Elektrode aufgebracht, und die Elektrode in eine Silbernitratlösung getaucht. Legt man Strom an, scheidet sich Silber an der Elektrode ab - jeweils zwischen den Latex-Kügelchen. So entsteht eine regelmäßige Silber-Mesostruktur. "Für Anwendungen in der Optik wollen wir nun statt Silber Halbleitermaterialien in die Gele ,einfüllen‘," erläutert Hempelmann.

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