5 Herstellung und Charakterisierung der Matrix

Herstellung und Charakterisierung der Matrix Seite 32
- Erhalt der Kolloidstabilität in der Lösung besonders im Anfangsstadium der Reakti-
on unter Verwendung sterischer oder elektrostatischer Wechselwirkungen.
Das Wachstum der Nanoteilchen findet in zwei Schritten statt: Keimbildung (Nukleati-
on) und Wachstum (Kondensation). Mit der Kondensationsgeschwindigkeit steigt bei
pH-Wert > 7 auch die Menge der gelösten Silikate [27]. Die Wiederauflösung von Tei-
len der Kondensationsprodukte hat zur Folge, dass im Basischen eine ausreichende
Menge von Monomeren mit hoher Mobilität zur Verfügung steht und die kritische
Keimbildungskonzentration ständig überschritten wird [28]. Keimbildung und Konden-
sation laufen also gleichzeitig ab. Durch die Vorgänge ist auch eine gewisse Freiheit in
der Wahl der TEOS-Konzentration möglich.
Die Stabilisation dreidimensionaler Teilchen mit d < 10 nm erfolgt durch Aggregation,
d. h. durch Anlagerung weiterer Monomerer oder kleiner Polymerer findet das Teil-
chenwachstum auf dem Weg durch das Reaktionsgefäß statt. Dabei ist die Aggregati-
onsgeschwindigkeit größenabhängig und daher verantwortlich für die Monodispersität
der durch den Stöberprozess synthetisierten Nanopartikel. Dieses Modell von Nukleati-
on und Kondensation wurde durch Kryo-TEM Untersuchungen [29] und 29 Si-NMR
Messungen bestätigt, wobei in der Lösung überwiegend Q1- und Q4-Spezies nach fünf
Stunden Reaktionszeit gefunden wurden [27]. Das Wachstum einer SiO2-Kugel endet,
wenn die Monomerkonzentration das Löslichkeitsprodukt unterschreitet. Abbildung 3
zeigt schematisch die Oberfläche einer SiO2-Kugel mit den verschiedenen Strukturen.