Transcript Nanogold PowerPoint-Präsentation

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Nanogold
Optische Eigenschaften von Gold in der Nanodimension
Modulsponsor:
Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der
Metrohm Stiftung Herisau realisiert.
Datum:
September 2014
Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
Nanogold-Partikel verändern ihre Farbe in
Abhängigkeit ihrer Grösse
Quelle: Swiss Nano-Cube
Goldkolloide unterschiedlicher Grösse in wässriger Lösung
Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Nanogold“ zu finden.
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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
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Einführung
Goldrubinglas im Mittelalter
Mittelalterliche Kirchenfenster in der
Kathedrale von Metz (Frankreich).
Die kràftigen Rot- und Blautöne der
Goldrubinglaser werden durch GoldKolloide im Glas hervorgerufen.
Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch
fein verteiltes Goldpulver beigefügt.
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Einführung
Goldrubinglas im Mittelalter
Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch
fein verteiltes Goldpulver beigefügt.
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Experimentelle Durchführung
Video: Vorgehen bei der Herstellung von Nanogoldpartikeln:
Video Nanogold
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Experimentelle Durchführung
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.
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Experimentelle Durchführung
hydrophobe Phase
wässrige Phase
Quellen: Swiss Nano-Cube
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Experimentelle Durchführung
Sicherheitshinweise
Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe
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Theoretische Grundlagen
Kolloide:
Was ist der Unterschied zwischen einer
Lösung und einer Dispersion?
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Theoretische Grundlagen
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 .
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Theoretische Grundlagen
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.
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Theoretische Grundlagen
Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat:
Oxidation:
[O2C+II-C+IIOH-C4H4O4]3-
[OC+II-C4H4O4]2- + H+ + C+IVO2 + 2 e-
Reduktion:
HAu+IIICl3 + 2 e-
Au+ICl + 2 Cl- (3x)
Disproportionierung:
3 AuCl
3 C5H4O52-
2 Au0 + AuCl3
Gesamt:
2 AuCl3 + 3 C6H5 O73-
3 C5H4O52- + 3 H+ + CO2 + 6 Cl- + 2 Au0
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Theoretische Grundlagen
Repetition: Elektromagnetische Wellen und Sichtbares Licht
0.01 nm
1 nm
100 nm
400 nm
700 nm
1 cm
1 km
sichtbares Licht
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
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.
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Theoretische Grundlagen
Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln
Quelle: Swiss Nano-Cube
Oberflächen-Plasmonen-Resonanz
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Theoretische Grundlagen
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.
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Theoretische Grundlagen
Oberflächenfunktionalisierung
CH3
O
O
(CH2)7
(CH2)7
OH
O
O
OO-
O
O-
Kaliumoleat
Citrat
(hydrophob)
(hydrophob)
Quellen: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Anwendungen: Schwangerschaftstest
Quelle: Swiss Nano-Cube
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