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Directed in situ Shaping of Highly Complex Nanoparticles Applying the Droplet Assisted Growth and Shaping (DAGS) Approach

English title Directed in situ Shaping of Highly Complex Nanoparticles Applying the Droplet Assisted Growth and Shaping (DAGS) Approach
Applicant Seeger Stefan
Number 176026
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Chemie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Physical Chemistry
Start/End 01.01.2018 - 31.08.2020
Approved amount 250'803.00
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Keywords (8)

Nanoparticles; Nanofilaments; Polysiloxane; Silicon nanofilaments; Polysiloxane; Silicon nanofilaments; Nanofilaments; Nanoparticles

Lay Summary (German)

Lead
Nanopartikel sind nach der Definition der EU-Kommission (Empfehlung vom 18.10.2011):"Nanomaterial" ist ein natürliches, bei Prozessen anfallendes oder hergestelltes Material, das Partikel in ungebundenem Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat enthält, und bei dem mindestens 50 % der Partikel in der Anzahlgrössenverteilung ein oder mehrere Außenmaße im Bereich von 1 nm bis 100 nm haben. In besonderen Fällen kann der Schwellenwert von 50 % für die Anzahlgrössenverteilung durch einen Schwellenwert zwischen 1 % und 50 % ersetzt werden, wenn Umwelt-, Gesundheits-, Sicherheits- oder Wettbewerbserwägungen dies rechtfertigen. Nanopartikel lassen sich auch aus Polysiloxanen herstellen. Polysiloxane sind auch unter dem Namen "Silikon" bekannt.
Lay summary
Das Projekt "Directed in situ Shaping of Highly Complex Nanoparticles Applying the Droplet Assisted Growth and Shaping (DAGS) Approach" beruht auf den Arbeiten der Vorgänderprojekte, in denen ein Verfahren entwickelt wurde, neuartige Nanopartikel aus Polysiloxanen herzustellen. Die bekanntesten Strukturen sind Nanofilamente, die sich hervorragend eignen, um Oberflächen hydrophob zu machen; sie haben in der Regel sogar superhydrophobe Eigenschaften. Es konnte auch gezeigt werden, dass ganz andere Formen hergestellt werden können, z.B. vulkanartige Struturen, Nanoröhrchen, oder spiralförmige Strukturen.

In den letzten Jahren wurde der Mechanismus der Reaktion aufgeklärt. Im Rahmen dieses Projektes sollen nun neuartige Strukturen hergestellt werden, in dem die Reaktionsbedingungen entsprechend variiert werden. Ausserdem soll untersucht werden, inwieweit neben Polysiloxanen auch andere Materialien für die Herstellung von Nanopartikeln auf diesem Weg eingesetzt werden.
Direct link to Lay Summary Last update: 22.01.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
182977 Supercritical Angle Coherent Raman Spectro (SAcoR)-Imaging Facility 01.12.2018 R'EQUIP
159916 1-Dimensional Synthesis of Polysiloxane Nanostructures 01.06.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Some years ago one-dimensional silicone nanofilaments (1D-SNF) such as fibres and wires were described by our group for the first time. Since then, the exploration of 1D-SNF has led to remarkable advancements with respect to material and surface science. The discovery of silicone nanostructures is a key finding in the research on the silicone material at the nanoscale. Coatings made of 1D-SNF are among the most superhydrophobic surfaces known today and at the same time easy applicable.Meanwhile, the silicone nanofilament technology has been brought to an advanced state, in particular in context with superantiwetting coatings. Recently, the mechanism of the underlying unusual one-dimensional polymerization of silanes to polysiloxane filaments has been unraveled. This so-called Droplet Assisted Growth and Shaping (DAGS) approach enables the synthesis of nano- and microparticle with complex shape. In the frame of this project we plan to apply the DAGS approach to synthesize nano- and microsized silicone particles with predetermined shape. The shapes’ complexity shall go clearly beyond simple structures like filaments and rods.Since the shape of the particles is mainly determined by the relative humidity in the gas pahse and the water concentration in the liquid phase, respectively, we will use mainly these parameters to influence the structures. In addition, humidity in combination with other parameters, for example temperature, silane concentration, choice of precursor molecules, and chemical characteristics of the surface of the solid support will be varied to obtain different shapes. Further, we will change these parameters also during the polymerization reaction so that we will get tailor-made sequences of shapes in one structure. With this strategy, we will be able to synthesize complex shapes, which may have manifold use, e.g. as surface linked anchor structures, nanovessels, and improved wetting/antiwetting coatings. Since we have shown that the one-dimensional growth can also be induced in free solution, the structures may also be useful as ingredients in composite materials, e.g. to optimize mechanical properties, or to release chemicals.To achieve these goals, we also will switch over to other precursors during the reaction. Hence, we will get nanostructures with areas of different chemical composition. Displaying different chemical reactivity, these areas enable us to provide a tailor-made nanostructure which can further be modified exclusively on small regions of the particle’s surface with a spatial resolution down to nanometer or even below.
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