Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien

Viele entscheidende Materialeigenschaften lassen sich gezielt auf der Nanoskala vorgeben und beeinflussen – hier setzen wir an!
Ausgehend von unserer Expertise im Bereich der Nanopartikelsynthese und -chemie passen wir unsere Partikelsysteme auf die jeweilige Anwendung im Bereich Energieforschung und funktionale Nanocomposite an und entwickeln so optimierte, neuartige Materialsysteme.


Profitieren Sie von unseren Kompetenzen und dem Netzwerk der Fraunhofer-Gesellschaft, der größten Organisation für angewandte Forschung in Europa!

 

Kompetenzen

 

Nanopartikelsynthese
und Oberflächenmodifikation

 

Katalyse

 

Nanopartikel in Elektrolyse
und Brennstoffzelle

 

Herstellung von
Nanopartikeln

 

Prozessentwicklung und Aufskalierung

 

Medizinische
Anwendungen

 

Seltene Erden dotierte Nanopartikel
als Markersysteme

 

Anti-Counterfeiting

 

Nanopartikel im Sicherheitsdruck
und als Markierungssubstanz

 

 

Upconversion

 

Materialentwicklung auf der Nanoskala

Kompetenzen

 

Egal ob metallbasierte Nanopartikel für die Katalyse oder aufkonvertierende, fluoreszente Kern-Schale-Nanokristallsonden in den Life Sciences: wir bieten Ihnen Material- und Synthesekompetenzen zu verschiedenen nanoskaligen Systemen an.

So ist z. B. unsere CANdot Serie X up als eine unserer Standards weltweit erhältlich.

Leistungen

 

  • Auftragssynthesen
  • Entwicklung von Syntheserouten
  • Optimierung von Herstellprozessen
  • Prozessierung von Nanopartikeln:
    Tintenformulierungen, Herstellung von Beschichtungen und Compositen
  • Charakterisierung nanoskaligen Materials
  • Schulungen, Recherchen, Beratung
  • Konsortialführung in Projekten / Projektmanagement

Expertise

 

  • naturwissenschaftliches Knowhow
    zu Kolloiden und Nanopartikeln
  • Konzeption von Nanopartikelsystemen
  • Tinten- / Pastenentwicklung
  • ingenieurwissenschaftliches Design
    von Syntheseprozessen
  • fundiertes Wissen zu
    Charakterisierungsmethoden
    nanostrukturierter Materialsysteme
  • Projektmanagement
  • Formulierung von Anträgen
    (nationale und EU-Drittmittelprojekte)

Nanopartikel

 

  • PGM Systeme:
    Platin, Palladium, Gold, Iridium
  • Nanopartikel als Legierungsysteme
    und als Kern / Schale-System
  • Iridium und Ruthenium, auch als Oxid
  • patentierte Systeme auf Basis
    Seltener Erden / Lanthanide
  • Upconversion Nanopartikel (UCNP)
  • dotierte Oxide mit hohen Leitfähigkeiten

Katalyse

 

Katalyse findet an Oberflächen statt. Katalysierte Prozesse laufen schneller ab und die nötige Aktivierungsenergie ist geringer als bei nicht katalysierten Reaktionen.

Nanopartikel verfügen über ein für die Katalyse besonders günstiges Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis. Werden Elemente geschickt gewählt und diese zur Herstellung von Nanopartikeln eingesetzt, so bietet dies große Vorteile.

Die Arbeitsgruppe Nanoskaliger Energie- und Strukturmaterialien konzentriert sich auf Anwendungen im Bereich der Wasserstofftechnologien, insbesondere im Bereich der Brennstoffzellen (PEMFC) und der (Wasser-) Elektrolyse (PEMEly).

Elektrokatalyse

 

  • Anwendung verschiedener PGM-Nanopartikel in Brennstoffzelle
    und Elektrolyse
  • Herstellung verschiedener Nanopartikelsysteme
  • Trägerung der Nanopartikel auf Kohlenstoff und Oxiden
  • Tintenherstellung

Nanopartikel

 

  • PGM Systeme: Platin, Palladium,
    Gold, Iridium
  • Nickel / Platin als Legierung und als Kern / Schale-System
  • Palladium / Nickel als Legierung
  • Cu / Pt als Kern / Schale-System
  • Ir und IrOx
  • Ru und RuO2

Material-
charakterisierung

 

  • Elektrochemie:
    rotierende Scheiben-Elektrode
  • Aufnahme von Strom-Spannungskennlinien (CV)
  • Ermittlung von Kenndaten
    auf Systemebene mittels
    Brennstoffzellteststand
  • Impedanzmessungen (im Aufbau)

Herstellung von Nanopartikeln

 

Nanopartikel zeigen oft vorteilhafte Eigenschaften, die zu neuen Produktmerkmalen oder einer deutlichen Verbesserung von bestehenden Anwendungen führen. Voraussetzung für eine kommerzielle Umsetzung ist die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Materialien in größeren Mengen – hierbei unterstützen wir Sie!

Leistungen

 

  • Entwicklung von Syntheseprozessen
  • Charakterisierung primärer
    Nanopartikeleigenschaften
  • Aufskalierung von Synthesen in Fluss- und Batchreaktoren (Autoklaven)
  • RoHS-konforme fluoreszente
    Nanopartikelsysteme
  • Edelmetallnanopartikel für die Katalyse
  • Entwicklung und Herstellung nanoskaliger Oxide, Phosphate, Sulfate, Vanadate
  • Machbarkeitsstudien, Beratungsleistungen

Flussreaktor 

zur Herstellung von Metallnanopartikeln

 

  • Kosteneffizienzsteigerung durch
    kontinuierliche Syntheseführung
  • automatisierbare Prozesse
  • schnelle Parametervariation während des
    laufenden Syntheseprozesses
  • hohe Reproduzierbarkeit zur Übertragung der Ergebnisse vom Labor- auf den Technikumsmaßstab
  • Aufskalierung
  • erhöhte Laborsicherheit

Charakterisierung
und Analytik

 

  • Absorptions- und Emissionsspektroskopie
  • Fluoreszenzlebensdauermessungen
  • Röntgendiffraktometrie (XRD)
  • Elektronenmikroskopie (TEM und REM),
    inkl. Elementanalytik per EDX
  • Thermogravimetrie (TGA)
  • dynamische Lichtstreuung (DLS)

Medizinische Anwendungen

 

Seltene Erden dotierte Nanopartikel haben einzigartige optische Eigenschaften mit vielen Vorteilen für eine Anwendung als Sondensystem in den Life Sciences. Unsere Expertisen bezüglich Nanopartikeldesign und Oberflächenmodifizierung erlauben es uns, spezifische Systeme zu entwickeln, die auf Anwendung, Umgebung und Detektionsverfahren genau abgestimmt sind.

 

Leistungen

 

  • Herstellung von Seltenen Erden dotierten Nanopartikeln mit großem (Anti-) Stokes-Shift
  • Design von Upconversion Nanopartikeln und Down shifting Nanopartikeln
  • magnetische Eigenschaften inkorporierbar
  • Oberflächenmodifikation zur Überführung in wässrige Systeme
  • eingehende Charakterisierung mittels Elektronenmikroskopie, Absorptions- und Emissionsspektroskopie, Bestimmung von Quantenausbeuten und Abklingzeiten, Zellstresstests

Modifikation der
Nanopartikelsysteme

 

  • Nanopartikelsysteme sind als Kern-Schale-Materialien aufgebaut
  • verschiedene Eigenschaften können in verschiedene Schalen und den Kern integriert werden
  • Oberflächenmodifikation wurde für den Transfer in Wasser / Zellkulturmedien etabliert: Ligandenaustausch, Polymerverkapselung, Silikaschalen, Funktionalisierung

»Dual mode« Sonden

 

  • Kombination von fluoreszenten und magnetischen Eigenschaften sind innerhalb eines Partikelsystems möglich
  • kein Ausbleichen der Fluoreszenz durch Anwesenheit von Metallionen (z. B. Eisen) im Partikelsystem

Eigenschaften der
Seltene Erden dotierten Nanopartikel

 

  • Eigenschaften sind abhängig von der Wahl des Wirtsgitters und der Dotierelemente
  • Anregung von UV- bis in den NIR-Bereich
  • Fluoreszenz vom UV- bis in den NIR-Bereich
  • Röntgenfluoreszenz (Szintillator)
  • Röntgenopazität (Füllstoff für Kunststoffe)
  • hoher Brechungsindex (Lichtleitung, Lichtbrechung)

Anti-Counterfeiting

 

Produktpiraterie stellt eine ernste Bedrohung für Menschenleben und Umsatz dar. Hier, wie auch für Anwendungen im Bereich track and trace, können unsere maßgeschneiderten Nanopartikelsysteme helfen, den Verkehr von Waren zu dokumentieren und dienen als forensisches Sicherheitsmerkmal.

Leistungen

 

  • Entwicklung von Nanopartikelsystemen
    als farblose, transparente
    Markierungssubstanzen
  • kundenspezifische Einbettung in Matrices
  • patentierte Tintensysteme
  • Entwicklung von Tinten und Pasten für Druckprozesse

Labelsysteme

 

  • stabil bis > 1000 °C
  • photostabil / kein Ausbleichen
  • verschiedene Detektionsmethoden
  • als offenes, verstecktes und forensisches Merkmal

Upconversion

 

Seltene Erden dotierte Nanopartikel verfügen über einzigartige optische Eigenschaften. Sie basieren auf den Kombinationen von Wirtsgitter und Dotierelementen. Durch die Konzeption dieser Materialien als zwiebelartige Systeme, Kern-Schale(-Schale)-Systeme, ergeben sich viele Möglichkeiten.

Upconversion
Nanopartikel

 

  • einzigartige optische Eigenschaften
  • hohe Eindringtiefen in Gewebe
  • Emission von Licht im sichtbaren oder UV-Wellenlängenbereich
  • lange Fluoreszenzabklingzeiten
  • Röntgenfluoreszenz
  • einstellbare Absorption und Emission durch gezielte Wahl der Dotierelemente

Mechanismus
Upconversion

 

  • Absorption von mind. zwei nieder-
    energetischen Photonen (NIR-Bereich),
    Energieübertragung und anschließende Emission eines höherenergetischen Photons (z. B. sichtbarer Wellenlängenbereich)