EP2795297A1 - Verwendung von optisch anisotropen partikeln - Google Patents

Verwendung von optisch anisotropen partikeln

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EP2795297A1
EP2795297A1 EP12826526.1A EP12826526A EP2795297A1 EP 2795297 A1 EP2795297 A1 EP 2795297A1 EP 12826526 A EP12826526 A EP 12826526A EP 2795297 A1 EP2795297 A1 EP 2795297A1
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EP
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nanorods
particles
optically anisotropic
metallic nanorods
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EP12826526.1A
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Inventor
Tobias Kraus
Si CHEN
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Leibniz Institut fuer Neue Materialien Gemeinnuetzige GmbH
Original Assignee
Leibniz Institut fuer Neue Materialien Gemeinnuetzige GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons

Definitions

  • the present invention relates to the use of optically anisotropic particles.
  • Physical parameters of systems are important in many areas. For example, in biology, protein crystallography, nanotechnology, chemistry, engineering, and materials science, it is important to have physical parameters, such as the state of matter, and thus also the softening state of soft materials, e.g. Gels, polymer solutions, complex media or adhesives. From physical parameters can also be deduced the microscopic structure.
  • Adhesives are of particular interest, since in modern automotive, aircraft or Wegbau but also in machine designs increasingly sweat, Niet- screw or solder joints are replaced by adhesive joints.
  • gluing Another known advantage of gluing is that the surface and microstructure are not changed. The temperatures occurring during welding may cause changes in the microstructure and the mechanical properties of the materials. Similarly, when riveting and screwing the visible surface is changed. When gluing the surface remains unchanged, resulting in optimal optical and aerodynamic Properties leads. The connection over the entire surface and the elasticity of the adhesive make the vibration damping of an adhesive joint better than with welded, screwed or riveted joints.
  • adhesives can also simultaneously serve as a sealant for gases and liquids.
  • the adhesive layer can prevent the ingress of condensation and associated corrosion.
  • Adhesives can be used to join materials that are inaccessible to a thermal joining process (glass-metal, wood-metal, aluminum-steel). Due to the (usually) electrical and thermal insulation by the adhesive, the formation of local elements and the associated contact corrosion in metals can be prevented. Furthermore, it can be avoided to damage the workpieces to be joined, as an adhesive bond requires no change in the workpieces and can be undone in many cases without damaging the workpieces.
  • a disadvantage of adhesives is that the aging (due to mechanical, chemical, physical and biological influences) and exceeding or falling below temperature limitation (at low temperatures embrittlement, at high temperatures initially softening, with further heating in uncrosslinked polymers melting and in crosslinked polymers degradation) can change the system. This can be dangerous because adhesives today, for example, for window construction, for the attachment of windscreens, spoilers, exterior decoration, handlebars, ... on motor vehicles and for the bonding of structures to aircraft but also as bonding bridges, crowns, veneers and inlays used in dentistry.
  • test specimens were developed to allow comparability between different systems. Since the properties of the adhesives depend not only on the system itself, but also strongly on other factors such as adherends, their material, surface condition and geometry, the test specimens are ideally made of the materials that are also used in the application. Since the conditions of use of the systems vary from application to application, the conditions must therefore be checked separately. The individual tests are therefore carried out under the defined conditions or the test specimens are conditioned in a defined climate before the test.
  • the invention is therefore based on the object of non-destructive testing or determination of physical parameters of systems.
  • optically anisotropic particles are used to investigate physical parameters of systems, the mobility of the particles being measured by an optical system.
  • optical system is advantageous because the particle mobility in the system to be measured can be measured non-destructively.
  • physical parameters are mechanical, in particular hardening or softening states, thermal or electrical properties of the system.
  • the study of physical parameters, such as the states of hardening or softening of systems, can be measured by studying the mobility of the particles by means of an optical system.
  • optical system it is conceivable that a dynamic light scattering (DLS) measurement is performed and the recorded signal is evaluated by a computer.
  • DLS dynamic light scattering
  • an embodiment of the invention provides that the optically anisotropic particles are metallic nanorods which are added to the system under investigation.
  • the metallic nanorods have a cylindrical or polygonal body.
  • the use of metallic nanorods as optically anisotropic particles and their measurement by means of an optical system also allows the determination of the heterogeneity of a system.
  • the heterogeneity could, for example, by an optical Measurement can be determined at different test points / areas, since it is detectable by the use of the optically anisotropic nanorods whether the metallic nanorods can still move in one of the selected test points / areas, but not in another.
  • the nanorods with a cylindrical body give a less complex signal than the nanorods with a polygonal body, but the latter can also be used.
  • metallic nanorods it is provided according to claim 4 that they consist of or are coated with gold, silver, copper, nickel, zinc, platinum or metal oxides, in particular zirconium dioxide, titanium dioxide, silicon dioxide, zinc oxide or aluminum oxide.
  • metals are efficient polarizers as anisotropic particles. It is also conceivable that metal oxides may be present in doped or undoped form.
  • the concentration of the metallic nanorods in the system is less than or equal to 10 14 m 3 and the resulting metal concentration is less than 10 5 mol / 1 is.
  • the metallic nanorods have heatnplasmone.
  • the metallic nanorods have a core of a polymer or glass.
  • the metal particles could then be attached to the polymer or glass by incorporation of functional chemical groups such as cyano groups (CN), amino groups (NH 2 ) or thiol groups (SH). This form of production would reduce the cost of some noble metals.
  • functional chemical groups such as cyano groups (CN), amino groups (NH 2 ) or thiol groups (SH).
  • the metallic nanorods are surface-modified.
  • the metallic nanorods are modified in such a way that they specifically interact with parts of a system (for example polymer system) or are incorporated into the system. It is also advantageous here that the metallic nanorods are only partially surface-modified, as a result of which further, possibly more detailed information about the system to be measured can be obtained.
  • the surface-modified metallic nanorods be used as chemical sensors. This could be achieved, for example, by embedding the metallic nanorods in a solid material, but still allowing the metallic nanorods to move. In the case that the metallic nanorods adsorb specifically or unspecifically to larger molecules, the particle mobility of the nanorod-molecule compound would decrease. This change could be measured by means of an optical system. Since the metallic nanorods are also more stable than ordinary chemical sensors based on particles in dispersions, it is also conceivable to integrate the metallic nanorods into, for example, packaging and to determine and document the durability or spoilage of this packaging by the optical measurement.
  • the aspect ratio is larger, the depolarized portion in the scattered light is also larger. Since the non-polarized part of the light is filtered out prior to the measurement, the signal is stronger, the required integration time and thus the measurement time shorter and the signal-to-noise ratio (and therefore the measurement quality) are greater.
  • the metallic nanorods have an aspect ratio greater than 2.5.
  • the particles have a sphericity of less than 0.9 and whose surface has edges and / or corners with a radius of less than 20 nm.
  • the sphericity ⁇ of a body K is the ratio of the surface of a sphere of equal volume to the surface of the body:
  • V p denotes the volume of the body and A p denotes its surface.
  • nanorods By means of the geometry and dimension of the nanorods, certain aspects of the material under investigation can be analyzed. For example, if the nanorods are very small, they will later be locked in position than large nanorods. It is therefore worth considering using nanorods of different dimensions at different times in order to determine the physical parameters or the microscopic structure of the system to be investigated.
  • the system is an organic system whose state of matter is dependent on temperature and pressure.
  • Especially soft materials are of interest in biology, protein crystallography, nanotechnology, chemistry, engineering, materials science, and joining technology.
  • the organic system is a soft material (so-called soft material), wherein the soft material is crosslinked.
  • Such known and often used soft materials or soft materials are for example gels, polymer solutions or complex media. Often it is Physical state of the soft material depending on temperature and pressure, whereby it may be present as gas, liquid, structured soft material, hybrid material or in hardened state.
  • Gels are often used in biology for electrophoresis because they form a tight mesh that obstructs the molecules to be separated as they migrate in the electric field.
  • Known gels used in the analysis are, for example, agarose gels and polyacrylamide gels.
  • Polymers are, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride or polyamide, polyesters, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyurethanes, polyethylene, polystyrene (PS) and polyvinyl chloride.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PS polystyrene
  • polyvinyl chloride but also biopolymers (THEN, RNA, proteins, cellulose, chitin, starch, polyhydroxyalkanoates, ...) or chemically modified polymers, such as nitrocellulose, celluloid or starch derivatives are used in many fields of nanotechnology, chemistry, joining technology and materials science used and measured.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von optisch anisotropen Partikeln, insbesondere metallischer Nanostäbchen, um physikalische Parameter bzw. die mikroskopische Struktur von Systemen zerstörungsfrei zu prüfen bzw. zu bestimmen. Die Mobilität der optisch anisotropen Partikel wird zur Untersuchung physikalischer Parameter bzw. der mikroskopischen Struktur von Systemen verwendet, wie beispielsweise von Aushärtungs- bzw. Erweichungszuständen. Hierbei wird die Mobilität der Partikel durch ein optisches System gemessen.

Description

BESCHREIBUNG
Verwendung von optisch anisotropen Partikeln
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von optisch anisotropen Partikeln.
Physikalische Parameter von Systemen sind in vielen Bereichen von Bedeutung. In der Biologie, der Proteinkristallographie, der Nanotechnologie, der Chemie, dem Maschinenbau und den Werkstoffwissenschaften ist es beispielsweise wichtig, physikalische Parameter, wie beispielsweise den Aggregatzustand und damit auch den Aushärtungs- bzw. Erweichungszustand von Softmaterialien, z.B. Gelen, Polymerlösungen, komplexen Medien oder Klebern zu bestimmen. Aus physikalischen Parametern kann auch auf die mikroskopische Struktur rückgeschlossen werden.
Nachfolgend wird dies am Beispiel von Klebstoffen näher erläutert.
Klebstoffe sind insbesondere von Interesse, da in modernem Kraftfahrzeug-, Flugzeug- oder Zugbau aber auch bei Maschinenkonstruktionen zunehmend Schweiß-, Niet- Schraub- oder Lötverbindungen durch Klebeverbindungen ersetzt werden.
Die Benutzung von Klebeverbindungen hat gegenüber den herkömmlichen Verbindungstechniken bekannte Vorteile. Großflächige Verbindungen sind gegenüber dem Löten oder Schweißen vergleichsweise einfach herstellbar, wobei zudem eine gleichmäßige Spannungsverteilung und Kraftübertragung über die gesamte Klebfiäche bei klebgerechter Gestaltung der Verbindung erreicht wird. Diese Verbindung ist wirksam bei statischer und dynamischer Belastung. Beim Schrauben und Nieten entstehen hingegen Spannungsspitzen an den Verbindungselementen, während der Raum dazwischen kaum zur Kraftübertragung beiträgt.
Ein weiterer bekannter Vorteil des Klebens ist, dass Oberfläche und Gefügestruktur nicht verändert werden. Durch die beim Schweißen auftretenden Temperaturen kann es zu Änderungen der Gefügestruktur und der mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe kommen. Ebenso wird beim Nieten und Schrauben die sichtbare Oberfläche verändert. Beim Kleben bleibt die Oberfläche unverändert, was zu optimalen optischen und aerodynamischen Eigenschaften führt. Durch die Verbindung auf der ganzen Fläche und der Elastizität des Klebstoffs ist die Schwingungsdämpfung einer Klebfuge besser als bei geschweißten, geschraubten oder genieteten Verbindungen.
Weiterhin wird durch das Verkleben oftmals eine Gewichtsersparnis erreicht. Daher werden besonders im Leichtbau Klebstoffe gerne eingesetzt, da hier Teile von geringer Stärke verbunden werden können. Dies ist durch thermische Fügeverfahren problematisch bis unmöglich.
Vorteilhaft ist auch, dass Klebstoffe auch gleichzeitig als Dichtstoff für Gase und Flüssigkeiten dienen können. Die Klebstoffschicht kann das Eindringen von Kondenswasser und eine damit verbundene Korrosion verhindern. Besonders im Kraftfahrzeug-, Flugzeugoder Zugbau ist der Einsatz von Klebstoffen für das Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe nützlich. Durch Klebstoffe können Werkstoffe gefügt werden, die einem thermischen Fügeverfahren nicht zugänglich sind (Glas-Metall, Holz-Metall, Aluminium- Stahl). Durch die (üblicherweise) elektrische und thermische Isolation durch den Klebstoff kann die Bildung von Lokalelementen und die damit verbundene Kontakt-Korrosion bei Metallen verhindert werden. Weiterhin kann es vermieden werden die zu verbindenden Werkstücke zu beschädigen, da eine Klebverbindung keine Veränderung der Werkstücke erfordert und in vielen Fällen ohne Beschädigung der Werkstücke rückgängig gemacht werden kann.
Zu den Vorteilen kommt noch hinzu, dass oftmals keine Erwärmung der zu verbindenden Werkstücke erforderlich ist, wodurch kein Wärmeverzug oder -Spannungen in den verbundenen Werkstücken auftreten. Zudem kann die Auswahl des Klebstoffes entscheidend zum mechanischen Verhalten des Bauteils beitragen.
Nachteilig bei Klebstoffen ist jedoch, dass die Alterung (bedingt durch mechanische, chemische, physikalische und biologische Einflüsse) und das Über- bzw. Unterschreiten von Temperaturbegrenzung (bei tiefen Temperaturen Versprödung, bei hohen Temperaturen zunächst Erweichung, bei weiterer Erwärmung bei unvernetzten Polymeren Schmelzen und bei vernetzten Polymeren Degradation) das System verändern können. Dies kann gefährlich sein, da Klebstoffe heutzutage beispielsweise für den Fensterbau, für die Anbringung von Windschutzscheiben, Spoiler, Außendekor, Lenkersäule,... an Kraftfahrzeugen sowie für die Verklebung von Tragwerken an Flugzeugen aber auch als Verkleben von Brücken, Kronen, Verblendschalen und Inlays in der Zahnmedizin eingesetzt werden.
Nachteilig für diese Systeme, bei denen jedes unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften aufweist, ist auch, dass es kein Verfahren gibt, um zum Beispiel Festigkeit oder Verformbarkeit zerstörungsfrei zu prüfen. Diese Eigenschaften sind nur durch zerstörende Prüfverfahren an Referenzproben (oder Prüfkörpern), die unter gleichen Bedingungen hergestellt wurden, zugänglich.
Hierfür wurden, um eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Systemen zu ermöglichen, standardisierte Prüfverfahren und Prüfkörper entwickelt. Da die Eigenschaften der Klebstoffe aber nicht nur vom System selbst, sondern unter anderem auch stark von anderen Faktoren wie Fügeteilen, deren Werkstoff, Oberflächenzustand und Geometrie abhängig ist, sind die Prüfkörper im Idealfall aus den Materialien gefertigt, welche auch in der Anwendung Verwendung finden. Da auch die Einsatzbedingungen der Systeme von Anwendung zu Anwendung variieren, sind demnach auch die Bedingungen gesondert zu überprüfen. Die einzelnen Prüfungen erfolgen daher unter den definierten Bedingungen oder der Prüfkörper wird vor der Prüfung in einem definierten Klima konditioniert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, physikalische Parameter von Systemen zerstörungsfrei zu prüfen bzw. zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass optisch anisotrope Partikel zur Untersuchung physikalischer Parameter von Systemen verwendet werden, wobei die Mobilität der Partikel durch ein optisches System gemessen wird.
Die Benutzung des optischen Systems ist vorteilhaft, da die Partikelmobilität in dem zu vermessenden System zerstörungsfrei gemessen werden kann. Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die physikalischen Parameter mechanische, insbesondere Aushärtungs- bzw. Erweichungszustände, thermische oder elektrische Eigenschaften des Systems sind.
Die Untersuchung physikalischer Parameter, wie beispielsweise von Aushärtungs- bzw. Erweichungszuständen von Systemen, kann durch Untersuchung der Mobilität der Partikel mittels eines optischen Systems gemessen werden.
Für das optische System ist hierbei vorstellbar, dass eine dynamische Lichtstreuung (DLS) - messung durchgeführt wird und das aufgenommene Signal von einem Computer ausgewertet wird. Die Benutzung des optischen Systems ist vorteilhaft, da neben der Partikelmobilität auch die Heterogenität in dem zu vermessenden System zerstörungsfrei gemessen werden kann.
Da hinreichend optisch anisotrope Oxid-Partikel, wie beispielsweise Titandioxid oder Zirkoniumdioxid, als Füller für Systeme, wie beispielsweise Polymere bzw. Klebstoffe, verwendet werden, ist durch eine optische Messung der Aushärtungs- bzw. Erweichungszustand des Systems über die Zeit nachvollziehbar und dokumentierbar.
Gemäß Anspruch 3 sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die optisch anisotropen Partikel metallische Nanostäbchen sind, die zu dem zu untersuchenden System zugefügt werden.
Da nicht alle Systeme optisch anisotrope Partikel aufweisen, könnte man metallische Nanostäbchen, die optisch anisotrop sind, bereits während des Herstellungsprozesses zufügen. Durch eine optische Messung wäre dann bei diesen Systemen der Aushärtungs- bzw. Erweichungszustand über die Zeit nachvollziehbar und dokumentierbar.
Hierfür ist vorgesehen, dass die metallischen Nanostäbchen einen zylindrischen oder polygonalen Körper haben.
Die Verwendung von metallischen Nanostäbchen als optisch anisotrope Partikel und deren Vermessung mittels eines optischen Systems erlaubt zudem die Bestimmung der Heterogenität eines Systems. Die Heterogenität könnte beispielsweise durch eine optische Messung an verschiedenen Prüfpunkten/Bereichen ermittelt werden, da durch die Verwendung der optisch anisotropen Nanostäbchen feststellbar ist, ob sich die metallischen Nanostäbchen in einem der gewählten Prüfpunkte/Bereiche noch bewegen können, in einem anderen aber nicht mehr. Die Nanostäbchen mit zylindrischem Körper ergeben ein weniger komplexes Signal als die Nanostäbchen mit polygonalem Körper, jedoch können auch letztere verwendet werden.
Für die metallischen Nanostäbchen ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, dass sie aus Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Zink, Platin oder Metalloxiden, insbesondere Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zinkoxid oder Aluminiumoxid, bestehen oder hiermit beschichtet sind.
Diese beschriebenen Metalle sind als anisotrope Partikel effiziente Polarisatoren. Hierbei ist es weiterhin vorstellbar, dass Metalloxide in dotierter oder auch undotierter Form vorliegen können.
Zur Verwendung der optisch anisotrope Partikel zur Untersuchung von Aushärtungs- bzw. Erweichungszuständen von Systemen ist gemäß Anspruch 5 vorgesehen, dass die Konzentration der metallischen Nanostäbchen in dem System kleiner oder gleich 1014 m"3 und die daraus resultierende Metallkonzentration kleiner als 10~5 mol/1 ist.
Durch diese geringe Metallkonzentration, die dem System zugegeben wird, ist die Verwendung der optisch anisotropen metallischen Nanostäbchen zur Untersuchung physikalischer Parameter von Systemen wirtschaftlich.
Es ist weiterhin gemäß Anspruch 6 vorgesehen, dass die metallischen Nanostäbchen Oberflächenplasmone aufweisen.
Als Ausführungsform der metallischen Nanostäbchen ist es gemäß Anspruch 7 vorstellbar, dass die metallischen Nanostäbchen einen Kern aus einem Polymer oder Glas aufweisen.
Die Metallpartikel könnten dann an das Polymer oder Glas durch Einbringung von funktionellen chemischen Gruppen, wie beispielsweise Zyanogruppen (CN), Aminogruppen (NH2) oder Thiolgruppen (SH), gebunden werden. Diese Herstellungsform würde die Kosten für die zum Teil edlen Metalle senken.
Gemäß Anspruch 8 ist weiterhin vorstellbar, dass die metallischen Nanostäbchen oberflächenmodifiziert sind.
Hierbei ist es möglich, dass die metallischen Nanostäbchen so modifiziert sind, dass sie spezifisch mit Teilen eines Systems (beispielsweise Polymersystem) wechselwirken oder in das System eingebunden werden. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass die metallischen Nanostäbchen nur zum Teil oberflächenmodifiziert sind, wodurch weitere, eventuell detailliertere Informationen über das zu vermessene System gewonnen werden können.
Es ist weiterhin zweckmäßig, dass die oberfächenmodifizierten metallischen Nanostäbchen als chemische Sensoren eingesetzt werden. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die metallischen Nanostäbchen in einem festen Material eingebettet werden, wobei sich die metallischen Nanostäbchen jedoch noch bewegen können. Im Falle, dass die metallischen Nanostäbchen spezifisch oder unspezifisch an größere Moleküle adsorbieren, würde die Partikelmobilität der Nanostäbchen-Molekül-Verbindung sinken. Diese Veränderung könnte man mittels eines optischen Systems messen. Da die metallischen Nanostäbchen auch stabiler sind, als gewöhnliche chemische Sensoren, die auf Partikeln in Dispersionen basieren, ist es zudem vorstellbar, die metallischen Nanostäbchen in beispielsweise Verpackungen zu integrieren und durch die optische Messung die Haltbarkeit bzw. Verderbnis dieser Verpackung festzustellen und zu dokumentieren.
Je größer das Aspektverhältnis der Nanostäbchen ist, desto besser lässt sich die Partikelmobilität der Nanostäbchen mittels dynamischer Lichtstreuungsmessung bestimmen. Wenn das Aspektverhältnis gößer ist, ist der depolarisierte Anteil im gestreuten Licht auch größer. Da man den nicht-polarisierten Teil des Lichtes vor der Messung herausfiltert, ist damit das Signal stärker, die erforderliche Integrationszeit und damit die Messzeit kürzer und der Signal-zu-Rausch- Abstand (und mithin die Messqualität) größer.
Daher ist gemäß Anspruch 9 vorgesehen, dass die metallischen Nanostäbchen ein Aspektverhältnis größer 2,5 aufweisen. Nach Anspruch 10 ist vorgesehen, dass die Partikel eine Sphärizität von weniger als 0,9 aufweist und deren Oberfläche Kanten und/oder Ecken mit einem Radius von weniger als 20 nm aufweisen.
Die Sphärizität Ψ eines Körpers K ist das Verhältnis der Oberfläche einer Kugel gleichen Volumens zur Oberfläche des Körpers:
wobei Vp das Volumen des Körpers und Ap seine Oberfläche bezeichnet.
Mittels der Geometrie und Dimension der Nanostäbchen können bestimmte Aspekte des zu untersuchenden Materials analysiert werden. Wenn beispielsweise die Nanostäbchen sehr klein sind, werden sie später in ihrer Position blockiert als große Nanostäbchen. Es ist daher durchaus erwägenswert, Nanostäbchen verschiedener Dimensionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten einzusetzen, um die physikalischen Parameter bzw. die mikroskopische Struktur des zu untersuchenden Systems zu ermitteln.
Nach Anspruch 11 ist es zur Untersuchung von physikalischen Parametern von Systemen vorteilhaft, dass das System ein organisches oder ein anorganisches System ist.
Ebenfalls vorteilhaft gemäß Anspruch 12 ist, dass das System ein organisches System ist, dessen Aggregatzustand abhängig von Temperatur und Druck ist.
Besonders weiche Materialien sind von Interesse in der Biologie, der Proteinkristallographie, der Nanotechnologie, der Chemie, dem Konstruktionsbau, der Werkstoffkunde und in der Verbindungstechnik.
Daher ist gemäß Anspruch 13 vorgesehen, dass das organische System ein weiches Material (sog. Softmaterial) ist, wobei das weiche Material vernetzt ist.
Derartige bekannte und oftmals verwendete weiche Materialien oder Softmaterialien sind beispielsweise Gele, Polymerlösungen oder komplexe Medien. Oftmals ist der Aggregatzustand des Softmaterials abhängig von Temperatur und Druck, wodurch es als Gas, Flüssigkeit, strukturiertes weiches Material, Hybridmaterial oder in erhärtetem Zustand vorliegen kann.
Gele werden häufig in der Biologie für die Elektrophorese verwendet, da sie ein engmaschiges Netz bilden, das die zu trennenden Moleküle bei ihrer Wanderung im elektrischen Feld behindert. Bekannte Gele, die in der Analytik eingesetzt werden sind beispielsweise Agarosegele und Polyacrylamidgele.
Polymere sind beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid, Polyester, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), Polytetrafluoräthylen (PTFE), Polyurethane, Polyethylen, Polystyrol (PS) und Polyvinylchlorid. Aber auch Biopolymere (DANN, RNA, Proteine, Zellulose, Chitin, Stärke, Polyhydroxyalkanoate, ...) oder chemisch modifizierte Polymere, wie beispielsweise Nitrocellulose, Celluloid oder Stärkederivate werden in vielen Gebieten der Nanotechnologie, der Chemie, der Verbindungstechnik und in der Werkstoffkunde verwendet und vermessen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verwendung von optisch anisotropen Partikeln zur Untersuchung physikalischer Parameter von Systemen, wobei die Mobilität der Partikel durch ein optisches System gemessen wird.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Parameter mechanische, insbesondere Aushärtungs- bzw. Erweichungszustände, thermische oder elektrische Eigenschaften des Systems sind.
3. Verwendung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die optisch anisotropen Partikel metallische Nanostäbchen sind, die zu dem zu untersuchenden System zugefügt werden.
4. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostäbchen aus Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Zink, Platin oder Metalloxiden, insbesondere Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zinkoxid oder Aluminiumoxid, bestehen oder hiermit beschichtet sind.
5. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der metallischen Nanostäbchen in dem System kleiner oder gleich 1014 m"3 und die daraus resultierende Metallkonzentration kleiner als 10~5 mol/1 ist.
6. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostäbchen Oberfiächenplasmone aufweisen.
7. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanostäbchen einen Kern aus einem Polymer oder Glas aufweisen.
8. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanostäbchen oberflächenmodifiziert sind.
9. Verwendung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanostäbchen ein Aspektverhältnis größer 2,5 aufweisen.
10. Verwendung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine Sphärizität von weniger als 0,9 aufweist und deren Oberfläche Kanten und/oder Ecken mit einem Radius von weniger als 20 nm aufweisen.
11. Verwendung gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das System ein organisches oder ein anorganisches System ist.
12. Verwendung gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das System ein organisches System ist, dessen Aggregatzustand abhängig von Temperatur und Druck ist.
13. Verwendung gemäß Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das organische System ein weiches Material ist, wobei das weiche Material vernetzt ist.
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