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Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 274 72 66,

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Präsentation zum Thema: "Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 274 72 66,"—  Präsentation transkript:

1 Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Nanogold 3. Dezember 2010 Optische Eigenschaften von Gold in der Nanodimension Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

2 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Nanogold-Partikel verändern ihre Farbe in Abhängigkeit ihrer Grösse 2 Quelle: Swiss Nano-Cube Goldkolloide unterschiedlicher Grösse in wässriger Lösung Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung Nanogold zu finden.

3 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Inhalt Einführung Experimentelle Durchführung Herstellung von Nanogold-Partikeln (kolloidales Gold) Phasentranspher von Nanogold-Partikeln Sicherheitshinweise Theoretische Grundlagen Kolloide Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat als Reduktionsmittel Repetition: Elektromagnetische Wellen und sichtbares Licht Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln Oberflächenfunktionalisierung Anwendungen 3

4 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Einführung 4 Mittelalterliche Kirchenfenster in der Kathedrale von Metz (Frankreich). Die kràftigen Rot- und Blautöne der Goldrubinglaser werden durch Gold- Kolloide im Glas hervorgerufen. Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

5 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Einführung 5 Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

6 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 6 Video: Vorgehen bei der Herstellung von Nanogoldpartikeln: Video Nanogold

7 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 7 Vorgehen beim Phasentranspher: Chemikalien: Goldkolloide in wässriger Lösung Natriumchlorid Dodecan (hydrophobe Phase) Kaliumoleat (Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikel) Die Nanopartikel in der wässrigen Phase mit Dodecan überschichten. Kaliumoleat dazugeben. Einige Minuten mit einem Magnetrührer heftig rühren. Übergang der Nanopartikel von der wässrigen in die hydrophobe Phase (Dodecan) kann beobachtet werden.

8 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 8 Quellen: Swiss Nano-Cube wässrige Phase hydrophobe Phase

9 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 9 Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

10 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 10 Kolloide: Was ist der Unterschied zwischen einer Lösung und einer Dispersion?

11 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 11 In einer Lösung sind alle Atome vollständig gelöst und von Molekülen des Lösungsmittels umgeben. In einer Dispersion sind Kleinstpartikel (Nanopartikel) eines bestimmten Materials im Dispersionsmittel fein verteilt. Die Partikel bestehen aus mehr als nur einem Atom.

12 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 12 Kolloide: Goldkolloide sind 2 bis 100 nm grosse Nanopartikel aus elementarem Gold. Goldkolloide sind im Lösungsmittel fein verteilt und bilden eine Dispersion. Wichtig: Eine Dispersion darf nicht mit einer Lösung verwechselt werden, denn in einer Lösung sind die einzelnen Atome vollständig im Lösungsmittel gelöst. Eine Dispersion aus Nanogold-Partikeln wird Goldsol genannt.

13 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 13 Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat: Oxidation: [O 2 C +II -C +II OH-C 4 H 4 O 4 ] 3- [OC +II -C 4 H 4 O 4 ] 2- + H + + C +IV O e - Reduktion: HAu +III Cl e - Au +I Cl + 2 Cl - (3x) Disproportionierung: 3 AuCl 3 C 5 H 4 O Au 0 + AuCl 3 Gesamt: 2 AuCl C 6 H 5 O C 5 H 4 O H + + CO Cl Au 0

14 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 14 Quelle: Swiss Nano-Cube 0.01 nm 1 nm100 nm 400 nm 700 nm1 cm 1 km sichtbares Licht Repetition: Elektromagnetische Wellen und Sichtbares Licht

15 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 15 Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln: Bei Edelmetallen wie Gold beträgt die Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen ca. 1/4 bis 1/10 der Wellenlänge. Nanopartikel mit einem Durchmesser von 20–30 nm werden von sichtbarem Licht (400–700 nm) vollständig durchdrungen. Anregung -> Elektrisches Wechselfeld -> Höheres Energieniveau Beim Rückschwingen wird Energie in Form von Streulicht frei Absorption/Transmission der einfallenden Lichtwellen je nach Grösse der Partikel. Partikel mit 20 – 30 nm Durchmesser absorbieren vorwiegend kurzwelliges blaues Licht und transmittieren rotes Licht. Sie erscheinen daher rot.

16 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 16 Quelle: Swiss Nano-Cube Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln Oberflächen-Plasmonen-Resonanz

17 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 17 Oberflächenfunktionalisierung: Je nach der Beschaffenheit der Partikel-Oberfläche lassen sich die Nanopartikel in unterschiedlichen Medien dispergieren. Die Moleküle, mit welchen die Partikel an der Oberfläche bestückt sind, bilden eine Nanosphäre um die Partikel. Durch eine Veränderung der funktionalen Oberfläche lassen sich die Nanopartikel in verschiedenen Phasen dispergieren: Phasentranspher. Polare, wässrige Phase: Citrat-Moleküle Hydrophobe Phase (Dodecan): Kaliumoleat-Moleküle Die Nanosphäre der Partikel hat auch Auswirkungen auf die Farbe.

18 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 18 Oberflächenfunktionalisierung - Kaliumoleat (hydrophob) Citrat (hydrophob) Quellen: Swiss Nano-Cube

19 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 19 Anwendungen: Schwangerschaftstest Quelle: Swiss Nano-Cube


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