Amalgamierte Metalle schaffen neue Nanokristalle

10. August 2021 08:54

Zürich - Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem zahllose Verbindungen zweier Metalle möglich sind. Die daraus entstehenden Nanokristalle könnten in der Katalyse, in Daten­speichern und der Medizin Anwendung finden. Grundlage dafür ist ein einfacher Amalgamierungs­prozess.

Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) ist es gelungen, mittels eines Amalgamierungsprozesses zwei Metalle miteinander zu verschmelzen. Durch diesen Prozess entstehen neuartige Nanokristalle. Diese Kristallgitter bestehen aus wenige Nanometer grossen Kügelchen aus regelmässig angeordneten Atomen.

Bisher werden Metallatome in molekularer Form, etwa als Salze, in eine Lösung gegeben, in der dann Nanokristalle wachsen. Diese Nanokristalle aus nur einem Metall finden immer mehr Verwendung, etwa solche aus Halbleitern in Fernsehbildschirmen der neuen Generation. „Theoretisch kann man das auch mit zwei verschiedenen Metallen machen“, erklärt Maksym Yarema in einer Medienmitteilung der ETH. Er leitet das wissenschaftliche Team des Instituts für Elektronik gemeinsam mit Vanessa Wood. „Aber in der Praxis ist es schwierig oder gar unmöglich, sehr verschiedenartige Metalle im Reagenzglas miteinander zu kombinieren.“

Das Team fand eine neue Methode, die laut Yarema „so einfach und intuitiv“ ist, „dass wir überrascht waren, dass noch niemand vor uns auf diese Idee gekommen ist“: das Verschmelzen oder Vermischen von Metallen. Yarema und seine Kolleginnen und Kollegen machen sich das Amalgam-Prinzip auf der Nanoskala zunutze. Dabei kriecht etwa flüssiges Gallium in feste Silber-Nanokristalle. In einem Erhitzungs- und Abkühlungsprozess bildet sich nach und nach ein neues Kristallgitter, in dem die Atome beider Metalle am Ende regelmässig angeordnet sind. Auch die Grösse der fertigen intermetallischen Nanokristalle lasse sich aus der Grösse der ursprünglichen Nanokristalle aus dem ersten Metall und dem Grössenzuwachs durch das Zweitmetall genau vorhersagen. Ihre Studie erschien kürzlich im Fachblatt „Science Advances".

„Wir sind erstaunt, wie effizient die Amalgamierung auf der Nanoskala funktioniert“, so Yarema. „Die flüssige Metallkomponente ist dabei der Schlüssel zur schnellen und gleichmässigen Bildung einer Legierung in den einzelnen Nanokristallen.“ Die Synthese von Nanokristallen mittels Amalgamierung ermögliche so viele neue Zusammensetzungen, dass es das Team kaum abwarten könne, „bis diese in verbesserten Katalysatoren, in der Plasmonik oder in Lithium-Ionenbatterien zum Einsatz kommen“. mm

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