Untersuchungen zur - OPUS - Universität Würzburg

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THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG
2.6 Herstellung nanostrukturierter Materialien
Der Begriff „Nanomaterialien“ bzw. „nanos trukturierte M aterialien“ bez ieht s ich
üblicherweise auf Partik el, deren Größen zwischen 1 bis 100 nm liegen. Man unterscheidet
bei syn thetisch h ergestellten Teilchen zwischen s ilicium- oder kohlens toffhaltigen
Nanopartikeln, Metallen, Metalloxiden und Halbleitern im Nanom eterbereich. Die
Herstellungsverfahren s ind sehr v ielfältig. So können Nanopartikel u nter and erem durch
Mahlprozesse, Gaskondensation, Niederdruck- oder Niederte mperaturplasmaverfahren,
Ultraschallzersetzung, Flammenhydrolyse oder Fällung aus Lösungen erhalten werden [ 94],
um nur einige Beispiele zu nennen. Im Folgenden wird ausschließlich auf die
Herstellungsmethoden der in der vorliegende
Materialien eingegangen.
n Arbeit untersuchte n nanostrukturierten
2.6.1 Hochdisperses Siliciumdioxid
2.6.1.1 Pyrogene Kieselsäuren
Pyrogene Kieselsäuren k önnen durch Hydrolyse von SiCl 4 oder SiF 4 in der Knallgasflamme
hergestellt werden [ 95]. Man erhält ein hochrei nes Produkt mit einem SiO 2-Gehalt von über
99,8 %. Das Herstellungsverfahren des hoc hdispersen Siliciumdioxids AEROSIL ® wurde im
Jahre 1941 von de m Degussa-Chem iker H. Kloepf er entwickelt, der einen „weißen Ruß“
herstellen wollte [ 96]. Für das AEROSIL ® -Verfahren wird S iCl4 als Rohstoff verwendet.
Hierbei findet folgende Reaktion statt:
SiCl4 + 2 H2 + O2 � SiO2 + 4 HCl
Bei dem Prozess werden zunächst Kondensatio nsnuklei aus Kieselsäur e gebildet, die nach
Kollision m it anderen geschm olzenen Silicakügelch en zu größeren Prim ärpartikeln
koaleszieren. Anschließend versintern diese irreversibel m it weite ren Prim ärteilchen und
bilden kettenartig verzweigte Sekundärstrukturen aus (vgl. Abb. 4.8). Isolierte Partikel liegen
nur in seltenen Fällen vor. Beim Abkühlen unterhalb des Schm elzpunkts von Siliciumdioxid
(ca. 1710 °C) entstehen durch van-der-W aals-Kräfte und Verknäulung der Aggregate
reversible Bindungen, die zum Agglom erataufbau beitragen. W eitere Agglom eration findet
während der Abscheidung, Verpackung und Lagerung statt [ 97,98]. Durch Einstellen