A Self-Driving Lab for Nano- and Advanced Materials Synthesis
Quelle: BAM
Das kürzliche Aufkommen sich selbststeuernder Labore (SDL, Self-Driving Laboratories) und Materialbeschleunigungsplattformen (MAPs, Material Acceleration Platforms) zeigt das Potenzial dieser Systeme, die Art und Weise zu verändern, wie Chemie- und Materialsynthesen zukünftig durchgeführt werden. Insbesondere in Verbindung mit Nano- und Advanced Materials, die allgemein für ihr großes Potenzial bei der Lösung aktueller Herausforderungen in der Materialwissenschaft anerkannt sind, können solche Systeme bahnbrechende Beiträge leisten. In diesem Artikel beschreiben wir im Detail MINERVA – ein SDL, das speziell für die Synthese, Aufreinigung und inline-Charakterisierung von Nano- und Advanced Materials entwickelt und gebaut wurde. Durch die vollständige Automatisierung dieser drei Prozessschritte für sieben verschiedene Materialien aus fünf repräsentativen, völlig unterschiedlichen Klassen von Nano- und Advanced Materials (Metall, Metalloxid, Silika, metallorganisches Gerüstverbindungen und Kern-Schale-Partikel), die unterschiedlichen Reaktionsmechanismen folgen, demonstrieren wir die große Vielseitigkeit und Flexibilität der Plattform. Darüber hinaus untersuchen wir die Reproduzierbarkeit und Partikelgrößenverteilungen dieser sieben repräsentativen Materialien im Detail und zeigen die hervorragende Leistung der Plattform bei der Synthese dieser Materialklassen. Die mittleren Partikelgrößen sowie die Größenverteilungen zeigten alle eine sehr geringe Variation zwischen den Chargen, was die ausgezeichnete Reproduzierbarkeit dieser Synthesen auf unserer automatisierten Plattform belegt. Dies bedeutet, dass aufwendige und arbeitsintensive „Standardsynthesen“ einfacher und zusammengesetzter (Kern-Schale-)Strukturen zuverlässig automatisiert werden können – mit hoher Reproduzierbarkeit und gleichzeitiger Entlastung menschlicher Ressourcen für kreativere und anspruchsvollere Aufgaben. Darüber hinaus ermöglichen die sehr gute Monodispersität und hohe Reproduzierbarkeit von Gold- und Silikapartikeln die bedarfsorientierte Synthese dieser Materialien für ihren potenziellen Einsatz als Referenzmaterialien. Abschließend diskutieren wir die Überlegungen zum Design der Plattform sowie die Hard- und Softwarekomponenten, die beim Bau der Plattform zum Einsatz kamen, und stellen alle Komponenten öffentlich zur Verfügung.
A Self-Driving Lab for Nano- and Advanced Materials Synthesis
Mohammad Zaki, Carsten Prinz, Bastian Ruehle
ACS Nano 2025, 19, 9, 9029–9041