Herstellung und Modifizierung von Nanopartikeln auf
Basis von anorganischen Polykondensaten
Von der Fakultät für Naturwissenschaften
Department Chemie
der Universität Paderborn
zur Erlangung des Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
- Dr. rer. nat. -
genehmigte
Dissertation
von
Diplom-Chemiker
Carsten Blum
aus Hamm
Paderborn 2004
Die vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von Oktober 2000 bis Februar 2004
an der Universität Paderborn im Fachgebiet der Anorganischen Chemie der
Fakultät für Naturwissenschaften.
Danksagung
Herrn Prof. Dr. H.C. Marsmann danke ich für die interessante Themenstellung,
für die Betreuung und das Interesse an meiner Arbeit sowie für die unzähligen
Wochenendmessungen.
Herrn Prof. Dr. K. Huber danke ich für das Interesse an meiner Arbeit und die
Betreuung der Lichtstreuexperimente.
Bei Herrn PD Dr. S. Greulich-Weber bedanke ich mich ebenfalls für das
Interesse und für das Ermöglichen von EPR-Messungen und elektronen-
mikroskopischen Aufnahmen.
Mein besonderer Dank gilt den Kollegen des Arbeitskreises Herrn Dr. H.J.
König, Herrn M. Milbrandt und Herrn A. Barg für die sehr freundliche
Arbeitsatmosphäre, Ihrer Diskussionsbereitschaft und jede Menge
Kurzweiligkeit.
Ferner danke ich allen, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben, sei
es durch das Durchführen von Messungen, der Bereitstellung von Geräten und
Chemikalien oder durch das Interesse an meiner Arbeit. Zu Ihnen zählen: Frau
C. Stehr, Frau B. Friedel, Herr Prof. Dr. N. Risch, Herr Prof. Dr. K. Krohn, Herr
Dr. R. Schweins, Herr Dr. E. Figgemeier, Herr H. Winkler, Herr T. Röder, Herr
S. Benning, Herr T. Kramer, Herr Dr. H. Egold, Herr A. von Rhein, Herr Dr. A.
Winter, Herr Dr. T. Franz, Herr M. Gilbert und natürlich das Externlabor von
Herrn D. Hausmann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung...................................................................................................................1
2 Grundlagen................................................................................................................3
2.1 Der Sol-Gel-Prozess............................................................................................3
2.1.1 Allgemeines........................................................................................................3
2.1.2 Definition.............................................................................................................4
2.1.3 Chemische Grundlagen...................................................................................5
2.2 Lichtstreuung........................................................................................................7
2.2.1 Allgemeines........................................................................................................7
2.2.2 Statische Lichtstreuung..................................................................................7
2.2.3 Dynamische Lichtstreuung..........................................................................10
2.3 Photonik................................................................................................................12
3 SiO2-Partikel............................................................................................................16
3.1 Herstellung...........................................................................................................16
3.1.1 Allgemeines......................................................................................................16
3.1.2 Der Stöber Prozess.........................................................................................16
3.1.3 Partikeleigenschaften....................................................................................18
3.1.4 Mechanismus...................................................................................................19
3.1.5 Größensteuerung / Seed Growth................................................................22
3.2 Oberflächenmodifizierung...............................................................................27
3.2.1 Allgemeines......................................................................................................27
3.2.2 Aufkondensation.............................................................................................28
3.2.3 Oberflächeneigenschaften...........................................................................29
3.3 UV/Vis-Spektroskopie .......................................................................................36
3.4 Einbau von Farbstoffen....................................................................................40
3.4.1 Allgemeines......................................................................................................40
3.4.2 Adsorption........................................................................................................40
3.4.3 Oberflächenkupplung mit Rhodamin B ....................................................41
3.4.4 Oberflächenkupplung mit 3-(2,4-Dinitrophenyl-)-aminopropyl-
triethoxysilan..............................................................................................................45
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