Chemikern ist es gelungen, Nanokristalle aus Metallnitriden herzustellen, einer Materialklasse, die sich früheren Versuchen der Nanoskalierung widersetzt hatte. Forscher der University of Chicago und des Argonne National Laboratory beschrieben die Methode in einer in Nature veröffentlichten Studie. Die Ergebnisse könnten alltägliche Materialien, die in LED-Leuchten, medizinischen Implantaten und Supraleitern verwendet werden, in Bausteine für eine neue Generation flexibler und druckbarer Geräte verwandeln.
Ein langjähriges Problem
Nanokristalle sind mikroskopisch kleine Kristalle, die zu einem zentralen Bestandteil der modernen Materialwissenschaft geworden sind. Quantenpunkte, eine Art Nanokristall, inspirierten den Nobelpreis für Chemie 2023. Forscher hatten diese winzigen Strukturen jedoch nur aus einer begrenzten Auswahl von Materialien herstellen können. Metallnitride, die für ihre Härte, Stabilität und Nützlichkeit in der Elektronik geschätzt werden, widersetzten sich der konventionellen Nanokristallsynthese in den Größen und Maßstäben, die für reale Anwendungen benötigt werden. Das hinterließ eine Lücke zwischen den Materialien, von denen die Industrie abhängt, und den Materialien, die Wissenschaftler auf die Nanoskala verkleinern konnten.
Fast ein Dutzend neuer Materialien
Die Methode eröffnete eine viel größere Auswahl an Zielen. „Wir konnten zeigen, wie man eine Reihe von fast einem Dutzend Materialien herstellt, die mit herkömmlichen Methoden nicht synthetisiert werden konnten“, sagte Ruiming Lin, ein Doktorand an der University of Chicago und Erstautor der Studie. Die Kristalle sind so klein, dass Milliarden auf einen Fingernagel passen, sagte das Team, und elektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten die Ergebnisse.
Was die Materialien könnten
Metallnitride treiben bereits viele Technologien an. Galliumnitrid wird häufig in LED-Beleuchtung und Displays verwendet. Titannitrid kommt in medizinischen Implantaten vor. Niobnitrid fungiert als Supraleiter, und Molybdännitrid arbeitet als Katalysator. Bisher konnten diese Materialien meist nur in starren, sperrigen Formen verwendet werden. In Nanokristallform könnten sie auf flexible Oberflächen gedruckt, in neuen Arten von Beleuchtung verwendet oder in medizinische Geräte eingebaut werden, die sich mit dem Körper biegen und bewegen. Die Forscher sagen, das Rezept gebe Ingenieuren eine viel größere Werkzeugkiste für die Entwicklung der Geräte der Zukunft.