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07.02.2018 | Nanotechnologie | Im Fokus | Onlineartikel

Nanopartikel unter Beobachtung

Autor:
Dieter Beste

Mit der Röntgenkleinwinkelstreuung lassen sich Menge und Größe von Nanopartikeln in Proben messen. Zu diesem Zweck haben nun Forscher der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ein einzigartiges Gerät in Betrieb nehmen können.

Die Röntgenkleinwinkelstreuung (Small Angle X-ray Scattering, SAXS) ist eine zerstörungsfreie Methode zur Analyse von mikroskopischen, insbesondere nanoskopischen Proben mit einem breiten werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungsspektrum. Dabei wird der von einer Röntgenröhre, einer Synchrotronquelle oder einer Neutronenquelle (SANS) erzeugte Strahl so aufbereitet, dass er an Elektronendichteunterschieden gestreut wird. "Im Falle von SAXS werden sehr kleine Streuwinkel – typisch 0,1 bis 5 Grad – detektiert", erklären Jürgen Bauch und Rüdiger Rosenkranz in "Physikalische Werkstoffdiagnostik" (Seite 54).

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Forscher der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben sich nun ein einzigartiges Labor-SAXS-Gerät bauen lassen, um die Auswirkungen von Nanopartikeln auf Gesundheit und Umwelt besser erforschen zu können: Der rund sechs Meter lange "Multi-scale Analyser for Ultrafine Structures", kurz MAUS, kann Strukturen von 0,2 nm bis zu 2000 nm in großen Probenmengen analysieren. Hinzu kommen neue, an der BAM erarbeitete Datenkorrektur- und Auswertungsmethoden. Mit bisherigen Standardgeräten können nur kleine Proben und ein kleinerer Nanometerbereich gemessen werden. MAUS soll künftig auch für Partnerinstitute und Universitäten zugänglich sein, um den fachlichen Austausch sowie die Weiterentwicklung und Standardisierung von SAXS zu beschleunigen.

Referenzmessungen an Nano-Silberpartikeln

"Der Investition voraus gegangen war ein weltweiter Versuch, inwieweit SAXS-Messungen auf unterschiedlichen Geräten zum gleichen Ergebnis kommen und inwieweit SAXS in der Nanoanalytik generell als verlässliche Messmethode geeignet ist", berichtet Brian Pauw, bei der BAM die Konzeption sowie den Aufbau des Gerätes leitete. Dazu schickten die BAM-Forscher einheitliche Proben mit Silberpartikeln an 22 führende Labore weltweit. Die Ergebnisse stimmten mit einer Genauigkeit von 90 bis 98 Prozent nahezu überein, sodass die Forscher den Schluss ziehen konnten, dass SAXS eine zuverlässige Methode zur Messung von Nanopartikeln und Nanostrukturen ist."

Innovative Nanomaterialien

Ziel der Forschung ist eine sichere und verträgliche Nutzung innovativer Nanomaterialien über den gesamten Lebenszyklus; von der Materialentwicklung über Produktion, Verarbeitung und Nutzung bis zum Recycling oder zur Entsorgung. BAM-Präsident Ulrich Panne: "Ob es darum geht, den Flammschutz von Kunststoffen zu verbessern oder Karosserien von Autos und Flugzeugen sicherer zu machen: Wir leisten mit unserer Grundlagenforschung und auch durch die Entwicklung und Definition europäischer und internationaler Normen einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit der Nanotechnologie."

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