Untersuchungen zur Struktur und Reaktivität von nanorauen und nanopartikulären Metallen an wässrigen und polymeren Grenzflächen
Christoph Ebbert
Die vorliegende Arbeit beschreibt mittels in-situ-spektroskopischer Verfahren die Auflösungskinetik von Silbernanopartikeln in Polymernanokompositen. Untersucht wurde das Alterungsverhalten der Nanopartikel, sowie der verschieden strukturierten nanopartikelhaltigen Kompositmaterialien. Die dazu eingesetzten in-situ-spektroskopischen Methoden erlauben es, die Auflösung der Nanopartikel sowie die Agglomeration von Partikeln und die gleichzeitige Wasseraufnahme des Polymers simultan zu ermitteln. Dabei konnte gezeigt werden, dass untereinander leitfähig verbundene Silbernanopartikel in einer Polytetrafluorethylen-Matrix einem elektrochemischen Ostwaldreifungsprozess unterliegen. Dieser Effekt konnte, für untereinander isolierte Nanopartikel, in einer Polytetrafluorethylen-Matrix hingegen nicht beobachtet werden.
Die in-situ-spektroskopischen Ergebnisse wurden mittels transmissionselektronenmikroskopischer Messungen überprüft und konnten die Resultate der insitu-spektroskopischen Analysen bestätigen. Somit ist eine Methode erarbeitet worden, mittels derer die Analyse des Alterungsprozesses für nanopartikelhaltige Kompositmaterialien ermöglicht wird.
Anhand von in-situ-rasterkraftmikroskopischen Untersuchungen konnte dieser Prozess, isoliert von der Matrix, für Silbernanopartikel ebenfalls, in-situ, beobachtet werden. Dabei gelang es, die Struktur- und Größenänderungen im Alterungsprozess in-situ nachzuverfolgen.
Mittels Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie wurde der Oxidationsprozess ausgehend von den Silbernanopartikeln zu Silberionen untersucht. Anhand dieser Messmethode konnte gezeigt werden, dass Proben, die nur sehr geringe Mengen an Wasser aufnehmen, keine Tendenz aufweisen Silberionen zu generieren. Weiter konnte die Stabilität unterschiedlicher nanopartikulärer Kompositmaterialien abhängig vom Aufbau und dem umgebenden Medium aufgezeigt werden.
Somit leistet diese Arbeit einen Beitrag, den nur wenig erforschten Prozess der Auflösung von Silbernanopartikeln in einer Polymermatrix, der Migration der Silberionen ins Umgebungsmedium aus Kompositmaterialien, zu verdeutlichen. Dadurch ergänzt diese Forschungsarbeit die schon vorhandenen Studien zur antibakteriellen Wirksamkeit und Silberionenabgabe aus Silbernanopartikelhaltigen Komposit-Systemen.
