Nanopartikel eigenen sich aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften hervorragend für das Heizen mittels Laserstrahlung. Durch ihre Absorptionseigenschaften im Bereich der Laserwellenlänge und einer gleichzeitigen optischen Transparenz des umgebenden Lösungsmittels, ist ein selektives Erhitzen kolloidaler Partikel möglich, wohingegen das umgebende lasertransparente Medium nahe Raumtemperatur verbleibt. Diese Methode ermöglicht das Heizen kolloidal dispergierter Nanopartikel direkt in Lösung weit über den Schmelzpunkt hinaus, was auf konventionelle Weise aufgrund der Limitierung durch den Siedepunkt des Lösungsmittels nicht möglich ist. Aufgrund ihrer Einfachheit stellt die Laserbehandlung eine exzellente Erweiterung zur nasschemischen Nanopartikelsynthese dar. In dieser Arbeit wurden laserinduzierte thermische Prozesse in unterschiedlichen Partikelsystemen, von Einmaterialpartikeln über Heteropartikel bis zu Nanopartikelüberstrukturen untersucht. Angefangen von einem einfachen Schmelzprozess anisotroper Edelmetallpartikel, konnte außerdem eine reduktive Phasenumwandlung kolloidaler Kupfer(II)oxidnanopartikel mit dem Laser induziert werden, wobei neben der prinzipiellen Möglichkeit dieses Verfahrens, zusätzlich ein Schwellenwert einer Mindestpartikelgröße näherungsweise ermittelt werden konnte. Außerdem konnte durch laserinduzierte Heizprozesse eine homogene Legierungsbildung von Au-Cu Heteronanopartikeln erreicht werden. Durch die Kombination der Stärken aus nasschemischer Partikelsynthese und anschließender isochorer laserinduzierter Legierungsbildung wurde darüber hinaus die Möglichkeit einer Zusammensetzungskontrolle dargestellt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass Nanopartikel, eingebettet in eine lasertransparente Silikaschale, als indirektes Heizelement fungieren können, wodurch Hinweise auf eine thermische Kristallisation der amorphen Schale gewonnen werden konnten. Abschließend wurden außerdem Nanopartikelkryogele (Nanopartikelnetzwerke) auf die prinzipielle Möglichkeit eines laserinduzierten Heizprozesses, sowie der Erhaltung der mikroskopischen und feinporigen Struktur untersucht. All diese Ergebnisse zeigen sowohl die vielfältigen Möglichkeiten laserinduzierter Heizprozesse von Nanopartikeln, als auch ihre potentiell universelle Anwendbarkeit auf eine Vielzahl an möglichen Partikelsystemen.
Due to their unique optical properties, nanoparticles are well suited for heating by
laser radiation. Because of their absorption properties in the range of the laser wavelength
and the simultaneous optical transparency of the surrounding solvent, selective
heating of colloidal particles is possible while the surrounding laser-transparent
medium remains near room temperature. This method allows heating of colloidally
dispersed nanoparticles directly in solution well above the melting point, which is
not possible in conventional ways due to the limitation imposed by the boiling point
of the solvent. Due to its simplicity, laser treatment is an excellent extension to
wet-chemical nanoparticle synthesis. In this work, laser-induced thermal processes
were investigated in different particle systems, from single-material to hetero particles
and nanoparticle superstructures. Starting from simple melting processes of
anisotropic noble metal particles, a reductive phase transition of colloidal copper(II)
oxide nanoparticles could also be induced by laser. Besides the principal possibility
of this process, a threshold of a minimum particle size could be approximately determined.
Futhermore, a homogenious alloy formation of Au-Cu hetero nanoparticles
could be achieved by laser-induced heating processes. By combining the strengths of
wet-chemical synthesis and subsequent isochoric laser-induced alloy formation, the
possibility of composition-control was demonstrated. In addition, it was shown that nanoparticles embedded in a laser-transparent silica shell can operate as an indirect
heating element, providing evidence for thermal crystallization of the amorphous
shell. Finally, nanoparticles cryogels (nanoparticle networks) were also investigated
for the principal possibility of laser-induced heating processes as well as the preservation
of the microscopic and fine porous structure. All these results demostrate
both the diverse possibilities of laser-induced heating processes of nanoparticles and
their potential universal applicability to a wide range of possible particle systems.
