Aggregation von Oxidischen Nanokristallen

Das Verständnis der Grenzflächeneigenschaften von Nanopartikeln insbesondere ihrer Korngrenzen ist von entscheidender Bedeutung für den erfolgreichen Einsatz dieser Materialien in elektronischen Bauteilen, Sensoren, Brennstoffzellen, Solarzellen sowie generell in der Katalyse. Im vorliegenden Projekt sollen Partikel-Grenzflächen in Oxiden mit Halbleiter-Eigenschaften (z.B. Titandioxid und Zinndioxid) untersucht werden. Durch Partikel- Aggregation und die dabei entstehenden Korngrenzen werden die Eigenschaften des gesamten Partikel-Ensembles entscheident geprägt. Es ist geplant, isolierte Oxid-Nanokristalle durch die Lösungsmittel-freie Methode der Chemischen Gasphasendeposition herzustellen. Größe, Struktur und Gestalt der Partikel, sowie deren spektroskopische Eigenschaften werden untersucht. In dem darauf folgenden Schritt werden die Partikel in einem Lösungsmittel dispergiert und durch anschließende Verdampfung des Lösungsmittels zur Aggregation gebracht. Die strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften des resultierenden Partikel-Netzwerkes werden mit denen des Ausgangsmaterials verglichen, um auf den Einfluss der Korngrenzenbildung zu schließen. Des Weiteren werden die porösen Netzwerke unter Vakuum thermisch aktiviert, um damit durch teilweises Entfernen von Gittersauerstoff elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Zur Untersuchung freier Ladungsträger und deren Lokalisierung in bestimmten Defektzuständen, werden Leitungsband-Elektronen als Sondenspezies für die Elektronenspin Resonanz- und die Infrarot-Spektroskopie herangezogen. In Hinblick auf Anwendungen als Sensor- Materialien wird die reversible Adsorption von ausgewählten Molekülen aus der Gasphase untersucht. Ergänzende Temperatur-programmierte Desorptions-Messungen sollen Aufschluß über die relative Stabilität verschiedener Adsorbate innerhalb des porösen Partikel-Netzwerkes geben. Die Lösungsmittel-induzierte Aggregation von Nanokristallen bietet einen einfachen und kostengünstigen Weg zur Erzeugung makroskopisch fassbarer Gegenstände, die aus kleinsten Nanopartikeln bestehen. Um monolithische Partikel-Netzwerke mit gezielten elektronischen, optischen und strukturellen Eigenschaften zu erhalten, soll der Einfluß des Lösungsmittelsund der Parameter Temperatur und Druck auf den Aggregations-Prozess untersucht werden. Interpartikuläre Korngrenzen und die damit verbundenen elektronischen Zustände können einen entscheidenden Einfluß auf die Gesamteigenschaften des Partikel-Ensembles haben, was - nicht zuletzt aufgrund ihrer großen Bedeutung in Sensoren und Farbstoff-Solarzellen - untersucht werden soll.