Untersuchungen zur Struktur und Stabilität von magnetischen Nanopartikeln für die Entwicklung neuartiger Ferrofluide

• Applicant: Professor Dr. Volker Kempter
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2004 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5434879

Eine wichtige Voraussetzung für die Verwendung kolloidaler magnetischer Partikel, insbes. Co, Fe und Fe/Co, in Ferrofluiden ist ihre Prä-Stabilisierung, die einen Langzeitschutz gegenüber Korrosion bietet, sowie das Vorhandensein einer geeigneten Stabilisierungs-Hülle, welche die Agglomeration der Partikel in Lösung verhindert. Im Rahmen des Teilprojektes 3 des Paketantrages soll ein Beitrag zur Charakterisierung magnetischer Partikel (Co; Fe; Fe/Co) der Grösse 3...12 nm, die in Mülheim synthetisiert werden, mit elektronen-spektroskopischen und -mikroskopischen Methoden geleistet werden. Dabei wird folgende Strategie verfolgt: (i) die Struktur und Qualität des durch "sanfte Oxidation" (gezielte Oberflächenoxidation) erreichten Korrosionschutzes (Prästabilisierung) soll aufgeklärt und, auf der Basis der erhaltenen Ergebnisse, gegebenenfalls optimiert werden, (ii) die Eigenschaften der nach der Peptisierung (z.B. mit Korantin) erhaltenen, für die Herstellung von Ferrofluiden geeigneten Partikel sollen charakterisiert werden. Die beinhaltet insbes. die Struktur der isolierenden Hülle, insbes. ihre Geschlossenheit, die Orientierung der bei der Peptisierung verwendeten Moleküle sowie die Messung der thermischen Belastbarkeit der isolierenden Hülle. Mit der Metastabilen-Spektroskopie (Metastable Impact Electron Spectroscopy (MIES)) - in Kombination mit der Photoelektronenspektroskopie (UPS bzw. XPS) - kommt eine extrem oberflächenempfindliche Methode zum Einsatz; die registrierten Elektronen-Spektren hängen nur von den Eigenschaften der stabilisierenden Filme, nicht aber von jenen der Nanopartikel ab. Die Methode gestattet es somit, detaillierte Informationen über die Qualität der prästabilisierenden Schicht sowie die isolierende Hülle nach der Peptisierung sowie ihre eventuelle Veränderung durch Korrosion zu erhalten. Weiterhin ist MIES eine zerstörungsfreie Technik, bei deren Einsatz die zu untersuchenden Partikel nicht modifiziert werden. Kombiniert mit UPS (Hel und II) erhält man auch Informationen über das Interface zwischen Hülle und magnetischem Partikel. Ergänzende topologische Informationen über die Qualität der isolierenden Schichten sollen mit Rastersondentechniken (Scanning Tunneling Microscopy, Atomic Force Microscopy (STM, AFM)) und Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) gewonnen werden.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1104: Colloidal Magnetic Fluids: Basics, Development and Application of New Ferrofluids
• Participating Persons: Professor Dr. Helmut Bönnemann (†); Professor Dr. Franz-Josef Hormes; Privatdozent Dr. Hartwig Modrow