The stability and assembly of sterically stabilized non-polar nanoparticles

Abstract

Sterically stabilized, non-polar nanoparticles find already first applications beyond research. Predictions how such particles behave in different medias are difficult. To get a better understanding of the physical and chemical connections between core, ligand, and solvent, two fields were investigated in this dissertation: The stability of non-polar nanoparticles at different temperatures and the controlled assembly during confinement. It was shown, that the stability of sterically stabilized nanoparticles depends on core-diameter, ligand, and solvent. The temperature induced assembly of the nanoparticles showed two different areas: Ligand-dominated and core-dominated. The non-linear transition is thereby a function of the core-diameter and the ligand length. With the help of emulsion, it was possible to produced binary supraparticles from binary nanoparticle dispersions. By varying the pressure during the production process binary supraparticles with three different structures were produced: Crystalline, Janus, and core-shell. The pressure was either applied by the surfactant (Laplace-pressure) or externally. In-situ measurements with small angle X-ray scattering shown, that the pressure influences the dispersity of the nanoparticles.

Sterisch stabilisierte, unpolare Nanopartikel finden bereits erste Anwendungen außerhalb der Forschung. Vorhersagen, wie sich solche Partikel in verschiedenen Medien verhalten, fällt dabei schwer. Um die physikalischen und chemischen Zusammenhänge zwischen den Kernen, Liganden und Lösemittel besser zu verstehen, wurden in dieser Dissertation zwei Gebiete untersucht: Die Stabilität von unpolaren Nanopartikeln bei verschiedenen Temperaturen und die kontrollierte Anordnung bei räumlicher Restriktion. Es konnte gezeigt werden, dass die Stabilität von sterisch stabilisierten Nanopartikeln abhängig vom Kerndurchmesser, Ligand und Lösemittel ist. Die temperaturinduzierte Anordnung von den Nanopartikeln hat zwei Bereiche aufgezeigt: Liganden-dominiert und Kern-dominiert. Der nichtlineare Übergang hängt dabei vom Durchmesser des Kerns und von der Länge des Liganden ab. Mit der Hilfe von Emulsionen konnten binäre Suprapartikel aus binären Nanopartikel Dispersionen herstellt werden. Durch die Variation vom Druck während des Herstellungsprozesses konnten binäre Suprapartikel mit drei verschiedenen Strukturen hergestellt werden: Kristallin, Janus und Kern-Hülle. Der Druck konnte dabei entweder durch das Tensid (Laplace-Druck) oder extern angewendet werden. In-situ Messungen mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuung haben gezeigt, dass der Druck die Dispersität der Nanopartikel beeinflusst.