Lanthanoxid Nanopartikel und ihre Nanokomposite

Neuartige Lanthanidoxid und -hydroxid Nanostrukturen die optische Lumineszenz zeigen, wurden hergestellt und in Polymere eingebettet. Die Oberflächenfunktionalisierung dieser Objekte und die Art der Polymermatrix spielen eine wichtige Rolle für die optischen Eigenschaften dieser Materialien. Lanthanid-basierte Materialien zeichnen sich durch ihre besonderen optischen Eigenschaften aufgrund der elektronischen Struktur der Lanthanidionen aus. Sie ermöglichen die Verwendung der Verbindungen dieser Elemente für lichtemittierende Materialien. In diesem Projekt sollten binäre oxidische Nanostrukturen hergestellt und in organische Polymere eingebettet werden. Dabei waren speziell die optischen Eigenschaften der erhaltenen Materialien von Interesse. Ein großes Problem in der Synthese von nanometerskaligen Lanthanidoxiden ist die häufig zu beobachtende Veränderung der Oxidationsstufe, die zu nicht einheitlichen Materialien führt. Diesem Problem konnte durch einen Umweg über die Lanthanidhydroxide begegnet werden. Diese wurden in einem ersten Schritt sauber hergestellt und in einem darauf folgenden Schritt unter vergleichsweise milden Bedingungen in die entsprechenden Oxide überführt. Diese Methode erlaubte es die bereits vorhandene organische Oberflächenfunktionalisierung während der Umwandlung zu erhalten und es gelang uns eine große Anzahl an verschiedenen Nanoobjekten, speziell anisotropen Nanostäbchen, mit unterschiedlichen Arten von Oberflächenfunktionalitäten herzustellen. Einige dieser Systeme zeigten einen so genannten Antenneneffekt, d.h. die organische Oberflächenfunktionalisierung absorbierten Licht einer spezifischen Wellenlänge. Durch einen anschließend erfolgenden Energietransfer wurden die Metallionen der Nanostäbchen angeregt und emittierten Licht einer anderen Wellenlänge. Die verschiedenen Nanoobjekte wurden in Polymermatrices eingebettet und so konnten lumineszierende Nanokomposite erhalten werden. Lanthanid-haltige Nanokomposite konnten auch über eine alternative Methode erhalten werden. Dabei wurde eine vernetzte Polymermatrix hergestellt in der durch Infiltration mit Lösungen verschiedener Lanthanidsalze und anschließender Hydrolyse Nanopartikel erzeugt werden konnten. Die Europium-dotierten Nanokomposite zeigten dabei bei Raumtemperatur Lichtemission und einen Energietransfer von der Polymermatrix zu den Europiumionen. Die Variation der Zusammensetzung der Matrix hatte ebenfalls einen Einfluss darauf ob Nanopartikel oder Nanostäbchen erhalten wurden. Dieses neuartige Matrixsystem erlaubt ebenfalls die Einbettung anderer Nanopartikel. So wurden Cobaltnanopartikel eingebunden, die zu flexiblen Polymerwerkstoffen mit ferromagnetischen Eigenschaften führten, oder durch Einbettung von Goldnanopartikeln konnten spezielle optische Effekte erzeugt werden.