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Die experimentellen Anlagen der Abteilung Materialforschung am GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt bieten die einzigartige Möglichkeit Kunststoff Folien (z.B. Polyethylenteraphthalat, Polycarbonat und Polyimid) mit hochenergetischen einzelnen schweren Ionen zu bestrahlen. Durch anschließendes chemisches Ätzen der Ionenspur entsteht ein einzelner Nanokanal mit hervorragender Kontrolle sowohl der Porengeometrie (z. B. zylindrisch, konisch, Zigar-förmig) als auch der Größe (Durchmesser einstellbar zwischen ~10 nm und wenigen µm). Die an der geätzten Polymeroberfläche vorhandenen Carboxylgruppen ermöglichen die nachträgliche chemische Funktionalisierung der Oberfläche des Nanokanals. Funktionalisierte Festkörper-Nanokanäle weisen einzigartige Ionentransporteigenschaften auf, einschließlich Ionenselektivität, Gleichrichtung des Ionenstroms und Ansprechen auf externe Stimuli wie pH-Wert, Temperatur oder Konzentration eines bestimmten Ions. Das Verständnis ihrer Funktionsweise ist entscheidend für die Entwicklung neuartiger Sensoren im Bereich Chemie, Biologie oder Medizin.

Die Funktionalisierung von Nanokanälen wird durch verschiedene Techniken erreicht. Mit Atomlagenabscheidung können Polymermembranen konform mit Oxiden modifiziert werden, die z.B. einen unterschiedlichen isoelektrischen Punkt aufweisen. Außerdem können zahlreiche chemische Oberflächenmodifikationsstrategien angewendet werden, um funktionelle chemische Gruppen in die Polymernanokanäle zu integrieren.

Darüber hinaus werden bei GSI Ensembles von parallel orientierten oder dreidimensionelle vernetzten Nanodrähten aus verschiedenen Materialien wie Metallen (Cu, Au1-xAgx), Halbleitern (ZnO und p-Cu2O) und Halbmetallen (Bi1-xSbx) durch Elektroabscheidung in geätzen Ionenspurmembranen hergestellt. Stabilen 3D-Architekturen aus Nanodrähten und Nanoröhren sind für die Implementierung in z.B. thermoelektrischen, katalytischen, photoelektrochemischen und biotechnologischen Systemen wichtig.