KernSchaleStrukturen

Kern-Schale-Strukturen sind zusammengesetzte Partikel, bei denen ein Kern von einer Schale eines anderen Materials umgeben ist. Dadurch lassen sich Eigenschaften des Kerns mit der Funktionalität der Schale koppeln. Solche Strukturen treten im Nanometer- bis Mikrometerbereich auf.

Typische Kerne umfassen Metallnanopartikel wie Gold, Silber und Platin, magnetische Oxide wie Fe3O4, Halbleiterkörner sowie Silica. Schalenmaterialien reichen von Siliziumdioxid über Polymere bis zu Metallschalen. Die Kombination ermöglicht angepasste optische, magnetische, katalytische oder schützende Eigenschaften. Beispiele: Goldkern mit Siliziumdioxid-Schale, magnetischer Kern mit Polymer- bzw. Silikatschale, Quantenpunktekern mit ZnS-Schale.

Herstellung erfolgt meist im Seed-basierten Wachstum, Schicht-für-Schicht-Aufbau (LbL), Sol-Gel-Verfahren oder Template-Verfahren. Zentrale Parameter sind Kerngröße, Schalenstärke, Kristallstruktur und chemische Kompatibilität, die Gleichförmigkeit der Hülle sowie Oberflächenfunktionen beeinflussen.

Die Charakterisierung nutzt TEM und SEM zur Abbildung von Kern und Hülle, EDX-Kartierung zur Elementverteilung, UV-Vis- oder Fluoreszenzspektroskopie sowie Röntgenbeugung, DLS und Zeta-Potential-Messungen.

Anwendungen reichen von Katalyse, Biosensorik, Medikamentenabgabe, bildgebender Diagnostik bis zur Energiespeicherung. Vorteile sind verbesserte Stabilität, kontrollierte Oberflächenreaktivität und kombinierte Mechanismen. Herausforderungen betreffen Reproduzierbarkeit, gleichmäßige Schichtdicke und großtechnische Herstellung.