Hochempfindliche Sensoren aus Nanopartikeln - auf die Lücke kommt es an!

Im Zeitalter der digitalen Vernetzung kommen Sensoren allgegenwärtig zum Einsatz. Sie ermöglichen die Messung physikalischer und chemischer Eigenschaften ihrer Umgebung und sind für moderne Technologien, darunter das Internet-der-Dinge, Smartphones, Virtual Im Zeitalter der digitalen Vernetzung kommen Sensoren allgegenwärtig zum Einsatz. Sie ermöglichen die Messung physikalischer und chemischer Eigenschaften ihrer Umgebung und sind für moderne Technologien, darunter das Internet-der-Dinge, Smartphones, Virtual Reality und innovative Gesundheitstechnologien, unverzichtbar. In vielen Anwendungen spielen Gas-, Dehnungs- und Drucksensoren eine wichtige Rolle. Beispielsweise ermöglichen sie medizinische Diagnosen mittels Atem- und Pulswellenanalyse.

Moderne Technolgien erfordern Sensoren mit hoher Empfindlichkeit, kurzer Ansprechzeit und minimalem Energiebedarf. Zur Realisierung dieser Eigenschaften bieten Nanomaterialien aus Metallen und Halbleitern einzigartige Möglichkeiten. Aufgrund ihrer extrem hohen spezifischen Oberfläche sind sie für Anwendungen als chemische Sensoren prädestiniert. Außerdem ermöglichen quantenmechanische Effekte eine effiziente und hochempfindliche Signaltransduktion.
Am Beispiel von Gas-, Dehnungs- und Drucksensoren gibt der Vortrag Einblicke in aktuelle Forschungsaktivitäten: Wenn elektrischer Strom durch dünne Schichten aus Metall-Nanopartikeln fließt, tunneln Elektronen zwischen den Partikeln. Dieser quantenmechanische Effekt reagiert sehr empfindlich auf kleinste Veränderungen der Lücke zwischen den Partikeln und ermöglicht dadurch die Herstellung hoch-empfindlicher Sensoren. Bei dünnen Schichten aus Halbleiter-Nanopartikeln entsteht durch Bestrahlung mit Licht ein Photostrom, der von der Bandlücke abhängig ist. Durch Moleküle, die an der Nanokristalloberfläche reagieren, wird die Bandlücke verformt und der sich ändernde Photostrom liefert ein hochempfindliches Signal. In diesen Nanopartikelsensoren kommt es also auf die Lücke an!

PD Dr. Tobias Vossmeyer, Institut für Physikalische Chemie, Universität Hamburg

Öffentliche Vorlesung im Rahmen des Allgemeinen Vorlesungswesens

Materialdesign auf der Nanoskala

Winzige Strukturen mit Megawirkung!
Die Herstellung und Untersuchung maßgeschneiderter Nanomaterialien zählen zweifellos zu den faszinierendsten Gebieten aktueller Forschungsaktivitäten, die ein enormes Potenzial für unzählige Anwendungen offenbart haben. Gerade aufgrund ihrer winzigen Dimensionen, die sich über nur 10 bis 1000 Atomdurchmesser erstrecken, zeigen Nanostrukturen oft verblüffende Wirkung! Einige dieser Materialien haben inzwischen Einzug in unseren Alltag gehalten. Halbleiter-Nanokristalle, deren Erforschung im vergangenen Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt wurde, kommen beispielsweise in modernen QLED-Fernsehern zum Einsatz und ermöglichen eine bisher unerreichte Farbqualität. Ein weiteres Beispiel sind biofunktionalisierte Gold-Nanopartikel, deren purpurrote Farbe uns während der COVID-19-Pandemie das Ergebnis von Schnelltests angezeigt hat. Darüber hinaus lassen sich beispielsweise Metall-, Metalloxid- und Halbleiter-Nanokristalle als hocheffiziente Katalysatoren für Brennstoffzellen und die Energiespeicherung durch Wasserspaltung, sowie für die Entwicklung hochempfindlicher Sensoren für die Umweltüberwachung oder im medizinischen Bereich nutzen.
 
Obwohl die Entwicklung maßgeschneiderter Nanomaterialien in den vergangenen zwei Jahrzehnten beachtliche Fortschritte erzielt hat, sind viele ihrer faszinierenden Eigenschaften noch immer unvollständig erforscht. Das enorme Potenzial dieser Materialien lässt sich jedoch nur auf der Grundlage eines wissenschaftlich fundierten Verständnisses effektiv nutzen. Daher sind die optischen, elektronischen, magnetischen und katalytischen Eigenschaften sowie die Herstellung verschiedenartiger Nanomaterialien weiterhin Gegenstand intensiver Forschungsanstrengungen, wobei die Universität Hamburg zu den weltweit führenden Institutionen zählt. Dabei spannen die Forschungsprojekte am Fachbereich Chemie den Bogen von der Grundlagenforschung bis hin zu Fragestellungen anwendungsspezifischer Problemlösungen.
 
Mit dieser Ringvorlesung möchten wir Sie herzlich einladen, an unseren Forschungsaktivitäten teilzuhaben und in die spannende Welt funktionaler Nanomaterialien einzutauchen! Wir möchten Ihnen zeigen, wie wir die Megawirkung kleinster Materialstrukturen für innovative Lösungen und technologische Fortschritte nutzen können – denn im Winzigen liegt oft das Potenzial für ganz Großes!

mittwochs 17:00 – 18:00 Uhr, Martin-Luther-King-Platz 6, Hörsaal B

Koordination: PD Dr. Tobias Vossmeyer, Fachbereich Chemie, Universität Hamburg