Nanoschaum

Ein Nanoschaum ist ein dispergiertes System, das Gasphasen im Nanometerbereich enthält. Die einzelnen Gasblasen oder Poren sind typischerweise kleiner als ein Mikrometer. Oft liegen sie im Bereich von wenigen zehn bis einigen hundert Nanometern.

Die Herstellung eines Nanoschaums kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. In Flüssigkeiten werden Nanoschäume häufig durch intensive Energieeinträge erzeugt. Dazu zählen Ultraschall, Hochdruckentspannung oder spezielle Mischprozesse. Stabilisierende Tenside, Polymere oder Partikel können das schnelle Zusammenfließen der Gasblasen verhindern. Aufgrund der geringen Blasengröße steigt der Laplace-Druck stark an. Dadurch unterscheiden sich Nanoschäume deutlich von klassischen makroskopischen Schäumen.

Eine weitere Möglichkeit ist die Erzeugung von Nanoschäumen aus Schmelzen. Hierzu wird Gas in eine Polymerschmelze oder Metallschmelze eingebracht. Dies kann beispielsweise durch physikalische Treibmittel oder chemische Gasbildner erfolgen. Nach der Expansion erstarrt die Schmelze kontrolliert. So entsteht ein fester Schaum mit geschlossenen oder teilweise offenen Nanoporen. Solche Materialien besitzen eine sehr große innere Oberfläche bei geringer Dichte.

Nanoschäume werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche eingesetzt. Diese begünstigt den Stofftransport, die Adsorption und die Reaktionskinetik. Nanoschäume können als Trägerphase dienen, wenn die Flüssigkeit in eine Gas-Flüssig-Dispersion mit nanoskaliger Struktur überführt wird. Dadurch ergeben sich interessante Ansätze für das Pulvermischen und die Pulverbenetzung.

So können Nanoschäume anstelle der Flüssigkeit in Pulvermischungen eingetragen werden. Die Flüssigphase liegt dann extrem fein verteilt vor. Dadurch verbessert sich die Benetzung einzelner Partikel. Besonders stark absorbierende oder hygroskopische Pulver profitieren davon. Zudem lassen sich lokale Überbenetzung und Agglomeration reduzieren.

Auch für reaktive Systeme ist dieser Ansatz relevant. Reaktanten können in Schaumlamellen oder an Gas-Flüssig-Grenzflächen vorliegen. Die Diffusionswege sind kurz. Dadurch können Reaktionen homogener und kontrollierter ablaufen. Dies gilt sowohl für chemische Reaktionen als auch für physikalische Beschichtungsprozesse.