Oft sind es insbesondere die kleinen Partikel, die ein großes technologisches Potenzial haben. "Ihren Geheimnissen wollen wir mit modernsten Messmethoden auf die Spur kommen", fasst Professor Jan Benedikt vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik das Forschungsthema zusammen. Mit den kürzlich bewilligten Projekten will er gemeinsam mit Professor Dietmar Block und Dr. Franko Greiner aus der Arbeitsgruppe Experimentelle Plasmaphysik in die noch wenig untersuchte Welt der Wechselwirkung von Plasmen und mikroskopisch kleinen Oberflächen vordringen. Die Größe der zu untersuchenden Partikel reicht von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern. "Obwohl die Partikel unterschiedlich groß sind, hoffen wir, grundlegende Prozesse identifizieren zu können, die auf allen Größenskalen eine Rolle spielen und bei der Entwicklung neuartiger Materialien helfen", so Benedikt.
Die geförderten Projekte wurden zusammen mit Professor Franz Faupel vom Institut für Materialwissenschaft und Professor Sebastian Wolf vom Institut für Theoretische Physik und Astrophysik beantragt. Sie sind Teil des Forschungsschwerpunkts Kiel Nano Surface and Interface Science (KiNSIS), der an der CAU die Forschung zu Nanowissenschaften und Oberflächen bündelt. Die neuen Forschungsvorhaben bauen teilweise auf Erkenntnissen zu Partikeln in Plasmen auf, die bereits im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TR24 "Grundlagen komplexer Plasmen" an der CAU gewonnen wurden.
Im Projekt "Veränderung von Größe und Morphologie von Mikropartikeln in Plasmen" untersucht ein Forschungsteam um Professor Dietmar Block mikroskopische Partikel und deren Oberflächenveränderungen, um diese zukünftig gezielt beeinflussen zu können. "Dank einer in Zusammenarbeit mit Dr. Franko Greiner neu entwickelten Diagnostik können wir jetzt die Oberflächenveränderungen live mit einer Genauigkeit von einem millionstel Millimeter beobachten", skizziert Block das Vorhaben. Die zugrundeliegende Messmethode wurde bereits vom Fachjournal Physics of Plasmas als Forschungshighlight gewürdigt.
Nicht einzelne Partikel, sondern ausgedehnte Nanostaubwolken untersuchen Greiner und Professor Sebastian Wolf in dem Projekt "Staubige Plasmen mit hoher Elektronenverarmung: Untersuchung fundamentaler Mechanismen und Eigenschaften mittels Teilchen- und Plasmadiagnostik". "Wir wollen Veränderungen von Plasmen untersuchen, in denen der Nanostaub dicht wie Nebel wird und fast alle freien Elektronen verschwunden sind. Diese ‚Ionen-Staub‘-Plasmen haben ganz neue Eigenschaften, die bisher kaum verstanden werden", erklären die Wissenschaftler. Um sie zu untersuchen und ihr technologisches Potenzial zu bewerten, braucht es neue Diagnostikmethoden. Hierzu sollen Simulationsverfahren zum Einsatz kommen, die in Wolfs Arbeitsgruppe entwickelt und bereits erfolgreich zur Untersuchung interstellarer Materie verwendet werden.
Besonderes technologisches Potenzial steckt in den Nanopartikeln, die Benedikt und Faupel im Projekt "In-situ-Analyse plasmainduzierter Materialmodifikationen an Nanopartikeln für funktionelle Anwendungen" untersuchen wollen. Denn bei einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern ändern sich die elektronischen und optischen Eigenschaften von Partikeln, die in diesem Zustand auch als Quantenpunkte bezeichnet werden. Zusätzlich werden sie stark vom Zustand der Oberfläche der Teilchen beeinflusst. Die plasmainduzierten Änderungen von Halbleiter- und Metallteilchen will das Forschungsteam mittels optischer Absorptionsmethoden in-situ, also in Echtzeit während der Plasmabehandlung, bestimmen und analysieren. "Die gewonnenen Ergebnisse könnten den Weg zu Anwendungen in Sensoren, Solarzellen, Batterien oder als Katalysatoren ebnen", vermutet Faupel.
Zu den DFG-geförderten Projekten aus der Kieler Plasmaphysik gehören außerdem die Aktivitäten zur Modifizierung von Nano- und Mikropartikeln in der AG von Professor Holger Kersten am Institut für experimentelle Physik, der gemeinsam mit Professor Lorenz Kienle von der Technischen Fakultät im Projekt "Neue Instrumente für in-operando-TEM: Plasmamodifikation live" (Fördervolumen rund 400.000 Euro) die involvierten Elementarprozesse untersucht.
COMPAMED.de; Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
