Dr. Nadja-Carola Bigall: MÜKoN

Nanotechnologie eröffnet ganz neue Möglichkeiten. In der Welt der winzigen Teilchen herrschen andere Gesetze und Zusammenhänge. In unserem Alltag ist die Nanotechnologie bereits angekommen: schmutzabweisende Textilien, kratzfeste Lacke oder keimarme Oberflächen machen uns das Leben leichter und angenehmer. Dennoch bietet die Nanotechnologie noch unzählige weitere bislang nicht genutzte Chancen.

Nanomaterialien werden bereits heute vielfältig eingesetzt. Nanopartikel spielen bei der Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff eine entscheidende Rolle. Als Katalysator sorgen die winzigen Teilchen für eine bessere chemische Reaktion, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Nanomaterialien können auch als Sensoren hochempfindlich und ganz spezifisch auf bestimmte Stoffe reagieren. Mit diesen Materialien lassen sich z.B. Schadstoffe in der Umwelt nachweisen. In der Biomedizin werden Nanomaterialien als Transporter für Wirkstoffe entwickelt. So können Medikamente z.B. gezielt in einem Organ wirken. Die Anwendungsmöglichkeiten von Nanopartikeln sind riesig. Damit die Nanopartikel die erwünschten Eigenschaften zeigen, müssen ihre Zusammensetzung und Größe genau eingestellt und kontrolliert werden.

Ziel des Projekts MÜKoN ist die Herstellung neuer funktionaler Materialien aus Nanoteilchen. Nanokristalle aus metallischen und halbleitenden Materialien werden zunächst unter Kontrolle ihrer Größe und Form gezielt in Lösung hergestellt. Durch ein chemisches Verfahren, der sog. kontrollierten Destabilisierung, werden die Nanopartikel zielgerichtet in ihre feste Form gebracht. Dabei entstehen komplexe Formen, sog. Überstrukturen, die hochporös und vernetzt sind, große Oberflächen und eine hohe Aktivität aufweisen. Solche Materialien werden auch als Aerogel bezeichnet. Das große Anwendungspotential der Nanopartikelüberstrukturen wird im Projekt an zwei Beispielen gezeigt und erprobt.

Durch geschickte Wahl der Nanopartikelbausteine entstehen Sensoren, die bei Lichteinstrahlung ein elektrisches Signal erzeugen. Über die Art und Stärke des Signals lässt sich auf die Konzentration eines Spurenstoffs schließen. Mit solchen Detektoren können beispielsweise Schwermetalle, Sprengstoffe oder auch Biomoleküle nachgewiesen werden. Als zweite Anwendung wird untersucht, wie sich durch geschickte Anordnung der hergestellten Nanopartikel die Effizienz von lichtgesteuerten Katalysatoren optimieren lässt, etwa für die Wasserspaltung. Solche Materialien können für die Energiespeicherung genutzt werden.

Nachwuchsgruppenleiterin

Frau Dr. Bigall studierte Physik an der LMU München und promovierte 2009 an der Technischen Universität Dresden in der physikalischen Chemie. Sie forschte seither bereits an mehreren Institutionen wie dem Italian Institute of Technology in Genua (Italien) und der Philipps-Universität Marburg. Seit 2012 ist Frau Dr. Bigall Habilitandin an der Leibniz Universität Hannover und leitet dort seit November 2013 die „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe „Materialien aus Überstrukturen Maßgeschneiderter Kolloidaler Nanokristallbausteine“.