Degree theses

In den Experimenten der vorliegenden Arbeit wurden Eigenschaften supraleitender dünner Bleifilme näher bestimmt. Diese wurden sowohl auf einer Si(111) Oberfläche als auch einem Kristall aus schwarzem Phosphor (black phosphorus, BP) abgeschieden und mithilfe eines Rastertunnelmikroskopes (scanning tunneling microscope, STM) mit einer Basistemperatur von 30mK untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf Effekten, die durch Reduzierung der Dimensionalität des Supraleiters und Einflüsse der Grenzfläche zum Substrat hervorgerufen werden. Aufnahmen des abgeschiedenen Films bei der Proben mithilfe des STM zeigen bereits Unterschiede in der Filmstruktur. Die Filmdicken wurden durch Messung sogenannter Quantentopf-Zustände (quantum well states, QWS) mithilfe von Rastertunnelspektroskopie (STS) bestimmt, da diese Energiezustände für eine diskrete Anzahl an atomaren Pb Monolagen an spezifischen Spannungswerten auftreten. Anschließend wurden an verschiedenen Stellen des Films unterschiedlicher Dicke Spektren aufgenommen, welche die Energielücke des Supraleiters zeigen. Diese wurden durch eine Funktion angenähert, welche die Bestimmung von Parametern wie der Lückenbreite [Delta] erlaubte. Für Bleifilme auf Si(111) ändert sich die Breite für verschiedene Filmdicken und oszilliert mit einer Periodizität von zwei Monolagen. Auch die daraus berechnete Übergangstemperatur des Supraleiters wechselt dementsprechend zwischen Werten für gerade und ungerade Anzahlen an Monolagen. Beides deutet auf Effekte durch quantenmechanisch eingesperrte Elektronen aufgrund der sehr geringen Filmdicke hin, weshalb der Film als zweidimensionaler Supraleiter bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu hängt die Lückenbreite für Pb/BP nicht von der Filmdicke ab, jedoch zeigt die Lücke eine V-Form, welche für konventionelle Supraleiter wie Blei untypisch ist. Diese Beobachtung bestärkt die Vermutung, dass der Einfluss von Grenzflächen für zweidimensionale Systeme signifikant steigt.

Durch die Kombination von Silizium als Absorber der unteren Zelle und multiplen GaAs_0,8 P_0,2/GaP-Quantentopf-Strukturen als Absorber der oberen Zelle können wettbewerbsfähige und hocheffiziente Tandemsolarzellen gewonnen werden. Im Rahmen der Arbeit wurden solche Quantentopf-Strukturen mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und hinsichtlich des Arseneinbaus, Schichtrelaxation und der Schärfe der GaAs_0,8 P_0,2/GaP-Grenzfläche untersucht. Die gefertigten Strukturen wurden in situ mittels Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) und ex situ mittels Photolumineszenz-Spektroskopie und hochauflösender Röntgendiffraktometrie analysiert und charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass das Wachstum solcher Quantentopf-Strukturen komplexe Schaltsequenzen der Präkursoren erfordert, um eine ausreichende Grenzflächenqualität der Struktur zu erreichen. Zudem wurde gezeigt, dass die Quantentopf-Strukturen, gewachsen auf der gradierten Pufferstruktur, das Photolumineszenz-Signal verbessern. Die Ergebnisse der Photolumineszenz-Signale können mit den Ergebnissen der RAS-Messungen korreliert werden. Die Probe mit der stärksten Intensität und der geringsten Halbwertsbreite bei den Photolumineszenz-Messungen hat das stabilste RAS-Signal während des Wachstumsprozesses.

Die Einlagerung von Natrium-Ionen wird durch ungeordnete Strukturen in Kohlenstoff-Materialien verbessert und die Co-Interkalation von Lösungsmitteln in ungeordnete Strukturen verbessert die elektrochemische Leistung. Natriumionen werden zunächst an den aktiven Stellen (Defekte, Kanten) adsorbiert, gefolgt von der Interkalation in ungeordnete Strukturen in Kohlenstoffmaterialien. Hierin wird ein Kohlenstoff-Anodenmaterial, RGO, synthetisiert, getestet und charakterisiert. Das RGO wurde in drei verschiedenen Elektrolyten getestet und das RGO (getempert bei 400 ˚C) in DME-Elektrolyt haben eine reversible Kapazität von 300 mAh g-1 bei 500 mA g-1 geliefert, eine ausgezeichnete Ratenfähigkeit von 170 mAh g-1 bei 20 A g-1. Das RGO wird mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskop (SEM und TEM), XRD und Raman-Spektroskopie charakterisiert. CV zeigt, dass aktive Stellen im RGO die kapazitive Adsorption von Na+ dominieren, was zu einer besseren Leistung führt. Die Ladungstransferkinetik von RGO wird durch EIS untersucht. In Berücksichtigung der kostengünstigen Herstellung von RGO könnte diese Arbeit neue Erkenntnisse für Anodenmaterialien mit hoher Leistung liefern.

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Aufnahme von NMR-Relaxationsmessungen deuterierter Flüssigkeiten in porösen Medien, um Aussagen über die Moleküldynamik unterschiedlicher Flüssigkeitsmoleküle an einer Materialoberfläche zu erlangen und des Weiteren ein Vergleich mit Messungen undeuterierter Proben vorzunehmen. Für die Versuchsdurchführung wurden Proben mit dem mesoporösen Glas Vycor und den deuterierten Flüssigkeiten: schweres Wasser, Aceton-d6, Ethanol-d6, Toluen-d8, Cyclohexan-d12 und Nonan-d20 angefertigt. Die Messungen der longitudinalen und transversalen Relaxationszeiten T1, T2 sowie dem Selbstdiffusionskoeffizienten D wurden im Hochfeld (HF) bei einer Magnetfeldstärke von 7 T bzw. einer Deuteronenfrequenz von 46 MHz durchgeführt. Zudem wurde die Frequenzabhängigkeit der longitudinalen Relaxationszeit T1() deuterierter Flüssigkeiten in Vycor mittels Fast-Field-Cycling-Messungen (FFC) aufgenommen. Bei der Interpretation der Messdaten deuterierter Proben können intermolekulare Wechselwirkungen vernachlässigt werden. Die T1 Dispersion deuterierter Proben zeigt im Gegensatz zu undeuterierten Proben keinen deutlichen Unterschied zwischen polaren und unpolaren Flüssigkeiten. Und als Ergebnis der FFC-Messungen ist somit nur ein geringer Einfluss intramolekularer Wechselwirkungen auf die Dispersion anzunehmen. Zur weiteren Interpretation der Daten wurde das RMTD-Modell ("Reorientation Mediated by Translational Diffusion") angenommen und eine Aufenthalts- und Sprungzeit ermittelt. Die HF-Messungen zeigen einen dominierenden Einfluss der Geometrie des porösen Mediums auf die Mobilitätseinschränkung der Flüssigkeitsmoleküle, sowie einen linearen Trend der Reorientierung der Moleküle an der Oberfläche mit dem Dipolmoment.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung des Zusammenwirkens zwischen den ionischen Flüssigkeiten EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N], in welche jeweils das Salz Na[Tf2N] in verschiedenen Konzentrationen gegeben wurde. Unter Zuhilfenahme von winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie wurden verschiedene Schichttiefen untersucht. Eine eindeutige Abhängigkeit der Resultate von den verwendeten Kationen (EMIm oder BMP) konnte nachgewiesen werden. Die geschichtete Anordnung des Natrium-Ions scheint in BMP[Tf2N] einem systematischeren Verlauf zu folgen als in EMIm[Tf2N]. Auch die Verteilung der Kat- und Anionen der ionischen Flüssigkeit hängt empfindlich vom Zusammenspiel von Na[Tf2N] und EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N] ab und spiegelt die Komplexität derartiger Systeme wieder.