Verfahren zur Herstellung von Aerogelen aus anorganischen Nanopartikeln in wässriger Lösung mittels Kryogelierung

// Elektrochemie // Material- und Werkstofftechnik // Nanotechnologien
Ref-Nr: 16109

Einleitung / Abstract

Die neue Technologie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nicht-geträgerten Nanopartikelanordnungen und deren Verwendung in der Katalyse, insbeondere in den Katalysatoren für die Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren.

Herstellungsverfahren Schritte a, b und c

Hintergrund

Die Herstellung von makroskopischen Überstrukturen, bestehend aus anorganischen Nanopartikeln, erfolgte bisher durch kontrolliertes Destabilisieren der Nanopartikel in ihrem Medium (Hydrogel) und der anschließenden überkritischen Trocknung in dem Medium (Aerogele) oder der Trocknung an Luft bei Raumtemperatur oder auch erhöhten Temperaturen (Xerogele).

Problemstellung

Nach bisherigem Stand der Technik werden nicht geträgerte Monolithe hergestellt, welche ausschließlich aus den Nanopartikeln bestehen.

Lösung

Das neue Verfahren beschreibt die Herstellung von selbsttragenden (subtratfreien) porösen, großvoluminösen und ultraleichten Nanopartikelanordnungen aus den Lösungen der anorganischen Nanopartikel durch Schock-Gefrieren und anschließendem Gefriertrocknen. In der Abbildung ist das Herstellungsverfahren dargestellt in den Schritten: a) Bereitstellen einer wässrigen kolloidalen Nanopartikellösung, enthaltend anorganische Nanopartikel; b) Einbringen der Nanopartikellösung aus Schritt a) in ein kryogenes Kältemittel (Kryogen) und Schockgefrieren der Nanopartikellösung unter Bildung von gefroren Nanopartikel-Gel und c) Gefriertrocknen des schockgefrorenen Nanopartikel-Gels aus Schritt b) unter Erhalt von nicht-geträgerten Nanopartikelanordnungen.

Vorteile

Es bedarf keiner chemischen Hilfsmittel zur Destabilisierung der Nanopartikellösung zur Erzeugung von frei beweglichen Kolloiden in der Lösung als Vorstufe zur Aerogel-Herstellung. Aufwendige mehrstufige Sol-Gel-Prozesse können entfallen. Anwendbarkeit für Edelmetallnanopartikel und für alle anderen Arten von wässrigen anorganischen Nanopartikelkolloiden.

Anwendungsbereiche

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der physikalischen Chemie bzw. Materialwissenschaften. Eine mögliche Anwendung des Verfahrens ist die Herstellung von ultraleichten Katalysatoren aus Edelmetallnanopartikeln oder deren Mischungen ohne Trägermaterial. Weitere Anwendungsgebiete sind die Sensortechnik und Dünnschichttechnologie.

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