Materialwissenschaftler entdecken neuen Mechanismus beim Wachsen von Goldnanopartikeln

Dass Metalle wie Schneeflocken wachsen, klingt ungewöhnlich. Beginnend von einem Metallkeim wachsen die Metalle dabei in nanometergroßen Verästelungen in verschiedene Richtungen und können so ganze Beschichtungen ausbilden. Dieses Prinzip liegt vielen industriellen Anwendungen für galvanische Beschichtungen zugrunde. Auch für das Verständnis von Anoden- und Kathodenprozessen in Energiespeichern spielt das so genannte dendritische Wachstum eine wichtige Rolle. Forscher am INM-Leibniz-Institut für Neue Materialien haben nun das Wachstum von Goldnanopartikeln elektronenmikroskopisch in Flüssigkeit untersucht.

Die Filme der elektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen das Wachstum unterschiedlicher Spitzen in diesen Verästelungen, den so genannten Dendriten, so Tobias Kraus, Leiter der Juniorforschungsgruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen und Niels de Jonge, Leiter des Programmbereichs Innovative Elektronenmikroskopie. Das Sichtbarmachen des Wachstum der Dendriten in diesen kleine Dimensionen ist einzigartig. Die Untersuchungen zeigen, dass Goldpartikel auch dann noch aus der Lösung an die Dendriten diffundieren, wenn der Bereich um eine Dendritenspritze herum schon abgegrast ist. Dann befinden sich keine Goldionen mehr in direkter Nähe und das Wachstum ist von der Diffusion der Goldionen abhängig. Würden die Dendriten durch die Adsorption von Nanogold-Clustern wachsen, wären kleine Clusterkronen um jede Dendritenspitze sichtbar, was in den Aufnahmen der Elektronenmikroskopiker am INM nicht der Fall ist. Zudem scheint das Keimen der Dendriten nicht davon abzuhängen, wie rau die Oberfläche ist, auf der die Kristalle aufwachsen. Für die Untersuchung dieses dendritischen Wachstums sind besondere Messmethoden notwendig. Dazu nutzten die Forscher am INM eine winzige Flüssigkeitskammer, in die sie kleinste Mengen goldhaltiger Lösungen und winzige Goldnadeln, so genannte Impfkristalle, in einer Größe von wenigen Nanometern einfüllten. Durch den Elektronenstrahl eines Transmissionselektronenmikroskops starteten sie das Wachstum und beobachteten es über einen Zeitraum von rund vier Minuten.

Gesamtpublikation: Tobias Kraus, Niels de Jonge: Dendritic Gold Nanowire Growth Observed in Liquid with Transmission Electron Microscopy, Langmuir, 2013, 29 (26), pp 8427–8432, DOI: 10.1021/la401584z

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