Single-atom junctions and novel electron confinement mechanism on Pb(111). - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (viii, 86 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Punktkontakte wurden zwischen der bleibedeckten Spitze eines Rastertunnelmikroskops und der flachen Pb(111) Oberfläche oder einzelnen Pb-Adatomen hergestellt. Der Leitwert wurde während des Aufbaus und des sich anschließenden Abbruchs des Kontakts aufgenommen. Kontakte auf der flachen Oberfläche zeigen eine starke Leitwerthysterese, die bei Kontakten mit einem einzelnen Pb-Adatom geringer ausgeprägt ist. Die Auswertung der experimentell aufgenommen Kontaktleitwerte und Hysteresebreiten wird von Dichtefunktionalberechnungen unterstützt. Für eine vollständige Reproduktion war es notwendig, Spitzenapizes in Betracht zu ziehen, die von mehr als einem Atom terminiert werden. Dies ist ein wichtiges Ergebnis, wenn man den großen Einfluss der Spitze auf Ergebnisse der Rastertunnelmikroskopie- und Spektroskopie bedenkt. Der zweite Teil dieser Arbeit wird sich mit einer neuartigen Form des Quanteneinschlusses von Elektronen beschäftigen, der über vergrabenen Nanokavitäten unter einer Pb(111)-Oberfläche beobachtet werden kann. Die Kavitäten werden durch den Beschuss der Oberfläche mit hochenergetischen Argon-Ionen sowie einem sich anschließenden Heizzyklus erzeugt. Ein vertikaler Einschluss von Elektronen zwischen der Kavität und der Oberfläche des Kristalls führt zu Quantentrogsubbändern, die mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie untersucht wurden. Das Volumen oberhalb der Vakanz kann näherungsweise als dünner Film mit begrenzter lateraler Ausdehnung angesehen werden. Überraschenderweise sind die Elektronen zusätzlich lateral eingeschlossen von der Grenzfläche, an der der dünne Film in das ungestörte Kristallvolumen übergeht. Diese laterale Beschränkung führt zu einer Feinstruktur, die in Spektren des differentiellen Leitwerts beobachtet werden kann. Die experimentellen Befunde werden durch auf dem freien Elektronengas beruhenden Berechnungen unterstützt, die die Ergebnisse zu einem hohen Grad reproduzieren. Die laterale Beschränkung drückt sich weiterhin durch ein charakteristisches stehende Welle Muster aus, das genutzt wurde, um die Dispersionsrelation der Quantentrogzustände dünner Bleifilme in einem Bereich von bis zu 2 eV zu ermitteln. Eine Analyse der Linienbreite der spektroskopischen Charakteristika wird den Einfluss der Grenzfläche des dünnen Films auf die elastische Abklingrate zeigen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000352
Vierpunktmessungen an freistehenden Nanodrähten mit einem Multispitzen-Rastertunnelmikroskop. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (103 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
In dieser Arbeit wird die Schaffung der präparativen Voraussetzungen für das Nanodrahtwachstum, die Inbetriebnahme des komplexen MTSTMs für Nanodraht-Charakterisierung und erste Experimente mit anschließenden Analysen an ersten Proben vorgestellt. Zunächst wurden entsprechende Prozessparameter für Präparation von Si(111)- und GaP(111)-Substraten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) - Verfahren etabliert. Si(111)-Substrate wurden durch Annealingsprozess komplett von Oxidschicht sowie allen anderen Verunreinigungen befreit und mit Wasserstoff terminiert. Mittels AFM-Untersuchung wurde eine Verringerung der Rauheit durch nasschemische Vorbehandlung nachgewiesen. GaP(111)-Substrate wurden ebenfalls mittels MOCVD präpariert, um Oxide und Verunreinigungen zu entfernen. Mittels LEED-Untersuchung ließ sich die Oberflächenpolarität von GaP(111) in A-Typ mit (2x2)-Oberflächenrekonstruktion und B-Typ mit (1x1) unterscheiden. Mit sehr hohem V/III Verhältnis, niedriger Wachstumsrate und niedrigerer Temperatur konnte die Oberflächenrauheit von GaP(111)B, der für Wachstum vertikaler Nanodrähte notwendig ist, bei homoepitaktischem Wachstum stark gesenkt werden. Ein speziell angefertigtes Multispitzen-Rastertunnelmikroskop (MTSTM) mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde für diese Arbeit in Betrieb genommen. Mit MTSTM ist es möglich, bis zur vier STM-Spitzen in-situ kontrolliert und kollisionsfrei an Nanostrukturen anzunähern und eine Anordnung für eine Vierpunktmessung zur Bestimmung des Widerstands zu realisieren. Die freistehenden Nanodrähte wurden im Ultrahochvakuum zerstörungsfrei mit hoher Auflösung und geringem Aufwand untersucht, verglichen mit herkömmlicher lithografischer Methode. Erste Experimente an Proben mit freistehenden p-dotierten GaAs-Nanodrähten, die im vapor-liquid-solid (VLS) Prozess mit konstanter Temperatur bzw. zwei Temperaturstufen in MOCVD mit/ohne Push-Leitung präpariert wurden, wurden durchgeführt. Dabei wurden p-GaAs-Nanodrähte auf n-GaP(111)B-, n-GaAs(111)B- sowie p-GaAs(111)B-Substrat zur elektrischen Charakterisierung untersucht und ausgewertet. Es wurde experimentell herausgefunden und nachgewiesen, dass unzureichende Vorsättigung mit Dotierstoff eine ausgebreitete Verarmungszone im Sockelbereich des Nanodrahts verursachte, die man sonst mit lithografisch kontaktierten Einzeldrähten so nicht ermittelt hätte. Darüber hinaus ist es zum ersten Mal gelungen, die Leitfähigkeit freistehender porösen Si/c-Si-Nanodrähte durch MTSTM zu untersuchen. Die festgestellte Diodencharakteristik über den porösen Si/c-Si-Übergang stimmt mit dem Ergebnis an planarer Probe mit poröser Si-Schicht auf c-Si-Substrat sehr gut überein.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000187
Construction of ZnO/ZnS core/shell nanotube arrays on AAO templates and relevant applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XXI, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Nanotechnologie ist eine multidisziplinäre Technologie, welche unterschiedliche Aspekte der Wissenschaft und Ingenieurwesen im Nanobereich umfasst. Es ist mehr als das Herstellen von sehr geordneten Nanostrukturen durch die gleichzeitige Verschmelzung von Nanomaterialien und es verlang nach gebrauchstauglichen Möglichkeiten einer präzisen Manipulation und Überwachung der entwickelten Nanostrukturen. Mit anderen Worten, die größte Herausforderung in der Nanotechnologie ist es, dass wir mehr über die Materialien und ihre Eigenschaften lernen und herausfinden müssen. Zinkoxid (ZnO) ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke (3.37 eV) mit ausgezeichneten elektrischen, optischen, katalytischen und sensorischen Eigenschaften und hat eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten. Andererseits hat Zinksulfid (ZnS) eine hohe chemische Stabilität im alkalischen sowie schwach sauren Milieu. Die einzigartigen Eigenschaften der Kombination beider Materialien, ZnO und ZnS, können den Weg ebnen zur Realisierung von zukünftigen Devices (z.B. optoelektronische Bauteile, Sensoren, Wandler, Biomedizintechnik, usw.). Der Hauptbestandteil der in dieser Dissertation gezeigten Studien hat den Schwerpunkt des Designs von sehr geordneten Nanostrukturen aus ZnO und ZnO/ZnS Nanotubes die mithilfe von anodischen Aluminiumoxid (AAO) als feste Template hergestellt wurden. Die Dissertation bezieht sich besonders auf nanostruktur-basierte elektrochemische Sensoren und photoelektrochemische (PEC) Anwendungen zur Wasserspaltung bzw. Wasserstofferzeugung. In dieser Arbeit wurden ZnO/ZnS Nanotubes erfolgreich synthetisiert durch die Kombination von 3 Methoden: (i) AAO Template (ii) Atomlagenabscheidung (ALD) und (iii) schnelles thermischen Abscheiden. Es wurde festgestellt, dass AAO Template ohne weitere zusätzliche Behandlungen durch schnelles thermisches Abscheiden komplett während des Wachstums der ZnS-Ummantelung entfernt werden konnte. Die gleichmäßig angeordneten ZnO/ZnS Nanotube-Arrays mit hoher Kristallqualität zeigten eine verbesserte optische und elektrische Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den ZnO Nanotubes. Somit erweist sich dies als kosteneffektive Möglichkeit für die Herstellung von röhrenartigen Core/Shell-Strukturen mit unterschiedlicher Zusammensetzung mittels AAO Template ohne weitere notwendige Prozesse zur Entfernung der Template. Im Gegensatz zu konventionellen Untersuchungen mit dem Fokus auf die Veränderung der optischen Absorptionsbandkante eines aus einen einzigen Material durch sog. Quantum Confinement Effects, wurden die optischen Absorptionseigenschaften von geordneten ZnO/ZnS Core/Shell Nanotubearrays, d.h. Quantum Confinement Effects über Materialgrenzen hinaus, untersucht. Die Daten zeigen, dass das Profil des Absorptionsspektrum der ZnO/ZnS Nanoarrays durch beide Komponenten und ihre geometrischen Parameter bestimmt wird. Beide Materialein zeigen eine Verringerung der optischen Bandlücke bei Erhöhung der ZnS Manteldicke und der Durchmesser der Nanotube-Arrays, was interessant ist bzgl. Der Erklärung in Bezug auf Aspekte des Materials. Nachfolgende Finite-Difference-Time-Domain (FDTD) Simulationen unterstützten die Beobachtungen und zeigten, dass die geometrischen und periodischen Parameter die optische Absorption der Core/Shell Nanostrukturarrays beeinflussen, sogar ohne Quanteneffekte. Diese Ergebnisse liefern eine neue Sichtweise auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von Bedeutung für die Forschung in der Photoelektronik ist. Des Weiteren wurde der in dieser Arbeit hergestellte und charakterisierte Sensor angewandt um Veränderungen von chemischen und biochemischen Stoffen zu erkennen. Messungen mit dem Devices als primärere Sensoren wurden erfolgreich durchgeführt und zur Erkennung als Glukose-Biosensoren verwendet. Die Untersuchungen zeigen, dass die heterogene Elektronentransferratenkonstante (ks) von ZnO/ZnS gegenüber Glukose (1.69 s^-1) höher ist als die von reinem ZnO (0.95 s^-1), was für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und die höhere Empfindlichkeit verantwortlich ist. Zusätzlich haben Experimente eine Verbesserung der PEC Wasserstofferzeugung mit den hergestellten Nanostrukturen gezeigt, mit höheren Sättigungsphotostromdichten (1,02 mA/cm^2) und höheren Wirkungsgraden bei der Photokonversion (62%) bei ZnO/ZnS als bei den ZnO-Strukturen ohne jegliche Ummantelung (entsprechend 0,23mA/cm^2 und 55%).
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000115
Interplay of geometry and dynamics in mesoscopic model systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (182 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Diese Arbeit behandelt anhand verschiedenener mesoskopischer Modellsysteme das Zusammenspiel von Geometrie und Form eines Systems mit seinen Eigenschaften und seiner Dynamik. Im ersten Teil wird ein erweitertes strahlenoptisches Modell für dielektrische optische Mikrokavitäten untersucht. Strahlenoptik ist eine effiziente Methode, um die Fernfeldabstrahlung dieser Systeme vorherzusagen. Werden allerdings Systeme betrachtet, deren Abmessungen nur wenige Lichtwellenlängen betragen, können Korrekturen der geometrischen Optik notwendig werden, um Welleneffekte zu berücksichtigen. Diese Korrekturen sind die Goos-Hänchen-Verschiebung, eine seitliche Verschiebung des Strahls entlang der Grenzfläche, und der Effekt des Fresnel-Filterns, eine Korrektur des Winkels, die das Reflexions- und das Brechungsgesetz der Strahlenoptik und das Prinzip der Umkehrbarkeit des Strahlengangs bricht. Diese Strahlverschiebungen werden für ebene und gekrümmte Grenzflächen diskutiert, außerdem werden die Einflüsse verschiedener Parameter auf die Korrekturterme untersucht. Ein wichtiges Resultat ist, dass die Krümmung der Grenzfläche den Effekt des Fresnel-Filterns verstärkt, wohingegen sie die Goos-Hänchen-Verschiebung abschwächt. Anschließend wird das strahlenoptische Modell auf verschiedene Beispiele angewendet, nämlich Mikrokavitäten in der Form von deformierten Kreisscheiben, also Systeme mit gekrümmten Grenzflächen, und dreieckige Kavitäten, also Systeme mit ausschließlich ebenen Grenzflächen. Sowohl für Systeme mit gekrümmten als auch mit ebenen Grenzflächen kann es wichtig sein, die auf endlichen Wellenlängen beruhenden Korrekturen miteinzubeziehen, um eine gute Übereinstimmung zwischen der Strahlenbeschreibung und Ergebnissen aus Experimenten oder Wellensimulationen zu erhalten. Die Systeme können aber nicht nur durch ihre Grenzfläche charakterisiert werden, sondern auch dadurch, ob ihre klassische Dynamik chaotisch oder nicht-chaotisch ist. Für Systeme mit chaotischer Dynamik ist bekannt, dass die Fernfeldabstrahlung durch die instabile Mannigfaltigkeit des chaotischen Sattels bestimmt wird. Als Beispiele für nicht-chaotische Systeme werden deformierte Kreisscheiben mit kleinen Verformungen und Dreiecke betrachtet. Für diese Systeme wird erörtert, dass die Abstrahlung durch die Trajektorien mit den kleinsten, nichtverschwindenden Zerfallsraten bestimmt wird. Darüber hinaus kann es notwendig sein, Intensitätsverstärkung im Strahlenbild zu berücksichtigen, um verlässliche Ergebnisse für stark verlustbehaftete Lasersysteme zu erhalten. Im zweiten Teil werden graphenartige Systeme diskutiert. An diesen wird zuerst der Einfluss von einachsigen Verformungen in einem tight-binding-Modell des hexagonalen Gitters untersucht. Einachsige Stauchung des Gitters führt zu einem Phasenübergang und zur Ausbildung von Randzuständen senkrecht zur Verzerrungsrichtung. Diese Randzustände sind unabhängig von der genauen Terminierung des Gitters. Als zweites wird ein Strahlenmodell eingeführt, das eine Beschreibung von Graphen-Bauelementen ermöglichen könnte, die genauso effizient ist wie die Strahlenbeschreibung von optischen Systemen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000059
Stoichiometry, adsorbate interaction, surface states and electronic properties at selected modern semiconductor surfaces. - Ilmenau. - IV, 301 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift 2017
Structural parameters (size, defect and doping) of ZnO nanostructures and relations with their optical and electrical properties. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XII, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Die Eigenschaften und Leistung von Gerätschaften, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren (vornehmlich drahtähnliche und blattähnliche) hängen im Wesentlichen von der Größe der Nanostrukturen, denen in ihnen auftretenden strukturellen Defekten sowie der Dotierung des ZnO ab. Daher ist es nötig diese Parameter in ZnO zu untersuchen um dessen Eigenschaften optimieren zu können, was somit auch die Motivation für diese Dissertationsschrift darstellt. In dieser Arbeit wurden Größen, Defekt- und Dotierungseffekte auf die Eigenschaften von ultralangen ZnO-Nanodrähten, In-dotierten blattähnlichen ZnO Strukturen sowie nadelförmigen ZnO-Nanostrukturen untersucht, welche mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und einer hydrothermalen Abscheidungsmethode hergestellt wurden. Zunächst wurde eine Vielzahl von Analysetechniken angewendet um die Korrelation zwischen den auftretenden Defekten und der Größe, respektive dem Durchmesser und der Länge, der ZnO-Nanodrähte zu ermitteln. Die entsprechenden Resultate zeigen, dass eine steigende Konzentration von Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit einer steigenden Konzentration von Zn Zwischengitterdefekten (Zni) für eine ansteigende Größe der Nanodrähte verantwortlich ist. Besonders erwähnenswert ist, dass die Variation des Feldverstärkungsfaktors (β) der ZnO-Nanodrähte bei Feldemission erheblich von der Konzentration der Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit der Länge der Nanodrähte zusammenhängt. Im Vergleich mit den ultralangen und nadelförmigen ZnO-Nanodrähten, weisen die In-dotierten Nanostrukturen das niedrigste Anschalt- und Grenzfeld sowie den relativ höchsten Feldverstärkungsfaktor β auf. Der Grund hierfür wird der blattähnlichen Morphologie sowie der Dotierung zugesprochen. Daher ist das Wissen um die Korrelation zwischen der Menge und der Art von natürlichen intrinsischen Defektstrukturen sowie der Dotierung in den Nanodrähten mit sich ändernder Größe der Strukturen ein wichtiger Schritt in Richtung einer Optimierung und eines allgemeinen Tuningprozesses von Geräten, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000012
Large area of ultrathin alumina membranes toward innovative heterogeneous nanostructure arrays for solar energy conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XX, 148 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Geordnete Nanostruktur-Arrays haben viel Aufmerksamkeit erfahren durch ihre vielfältigen Anwendungen. Jedoch ist es noch immer eine große Herausforderung geordnete Nanostrukturen über eine große Fläche (wie z.B. Wafer-Größe) durch Methoden die einen hohen Durchsatz bei großen Flächen und geringen Gerätekosten ermöglichen herzustellen. Hier, durch ein einzigartiges Design für den Herstellungs- und Transferprozess, konnten wir einen einfachen Transfer von wafer-großen gebundenen ultradünnen Aluminium-Membranen (UTAMs) auf Substrate ohne Verdrehen, Faltung, Einreißen oder Verunreinigungen erreichen. Das wichtigste unserer Methode ist das Anheften der 4 Inch großen UTAMs auf wafer-große Substrate vor dem Entfernen des Rückseitenaluminiums und der Aluminiumoxidschicht (sog. Barrier Layer). Es wird auch gezeigt, dass die Dicke und das Glätten der Oberflächen der UTAMs eine wichtige Rolle in dem Prozess spielen. Durch perfekt transferierte UTAMs als Masken werden viele unterschiedliche Nanostruktur-Anordnungen wie Nanopartikel, Nanomeshs, und Nanowire-Arrays auf wafer-großen Substraten hergestellt mit einstellbaren und einheitlichen Abmessungen. Weil es für UTAMs keine Limitierungen was Substrate und abzuscheidende Materialien gibt repräsentiert die Methode eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit zur Herstellung von geordneten Nanostrukturen auf großflächigen Substraten für viele Anwendungen der Nanotechnologie. Zusätzlich wurden hexagonale TiO2 Nanotube-Arrays mit exzellenter Kristallqualität durch die Kombination von anodischen Aluminiumoxid (AAO)-Templaten und Atomlagenabscheidung (ALD) hergestellt. Durch spektroskopische Absorptionsmessungen haben wir beobachtet, dass die optische Absorptionsbandkante der TiO2 Nanotube-Arrays eine Rotverschiebung erfährt mit steigendem Durchmesser der Nanotubes und entsprechend kleineren Abstand zwischen den einzelnen Nanotubes, während die Wandstärke konstant gehalten wurde. Nachfolgende FDTD-Simulationen unterstützten diese Beobachtung im Blick auf den theoretischen Hintergrund und machten eine große Nahfeldverstärkung im Außenbereich der Nanotubes deutlich für Arrays mit dicht angeordneten Nanotubes wenn diese beleuchtet wurden. Demnach liefern diese Ergebnisse eine neue Perspektive auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von großer Bedeutung für die Forschung im Bereich Photoelektronik ist. Andererseits zeigten die hergestellten CdTe/TiO2 Core-Shell-Nanowire-Arrays mit unterschiedlichen Durchmessern eine Verbesserung der photoelektrischen Wasserspaltung und der photovoltaischen Eigenschaften. Durch Modulation der Durchmesser konnte ein optimierter Photostrom von 1,1 mA/cm^2 erreicht werden. Im Gegensatz zu vielen vorherigen heterogenen Photoelektroden die Core/Shell Konfigurationen anwenden, basierend auf verbundenen UTAMs, TNTs Si und TNWs Si Heterostrukturen mit einer Konfiguration aus TiO2 Nanotubes oder Nanowires wurden vertical verwurzelt im Si-Substrat für PEC Wasserspaltung. Die einzigartige Struktur der TNTs Si Heterostrukturen ermöglicht eine PEC Performance, die unter den Besten der heterogenen Photoelektroden basierend auf TiO2 und Si ist, während eine exzellente strukturelle Stabilität während der Wasser-Oxidations-Reaktion gegeben ist. Zusätzlich kann die TNWs Si Heterostruktur die photovoltaischen Eigenschaften stärker als andere Heterostrukturen verbessern. Die Herstellungsmethode erlaubt es diese Heterostruktur-Arrays einfach und in Massenfertigung zu produzieren und ebenfalls wichtig, die Methode ist universell einsetzbar und lässt genug Spielraum für strukturelle Optimierungen sowie weitere Materialien für Heterostruktur-Arrays für Verbesserungen in Richtung solarer Energieanwendungen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000479
Nuclear magnetic resonance relaxometry and diffusometry study of bulk and confined complex liquids. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xii, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Mittels Kernspinresonanz (NMR) als grundlegender Messmethode wurden molekulardynamische Fragestellungen für zwei komplexe, flüssige Systeme untersucht: Ionische Flüssigkeiten und Rohölproben. Ein Schwerpunk lag hierbei auf der Untersuchung von Kernspin-Relaxationsprozessen über einen breiten Bereich magnetischer Feldstärken, welcher Kernspin-Larmorfrequenzen von etwa \SI{10}{kHz} bis \SI{300}{MHz} abdeckt. Dies ermöglicht Aussagen über molekulardynamische Prozesse über eine große Spanne verschiedener Zeitskalen. Für fünf ionische Flüssigkeiten wurden außerdem NMR- mit kalorimetrischen Messungen kombiniert: Emim Tf2N und Bmim Tf2N, Emim Br, Bmim Br und Hmim Br. Hierbei lag das Hauptaugenmerk auf einem Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand mit deutlich verringerter Ionenmobilität vorliegt. Darüber hinaus wurden für Bmim Tf2N Effekte nanoskaliger, geometrischer Begrenzungen in porösem Glas mit \SI{4}{nm} Porengröße untersucht. Weiterhin wurden auf Grundlage einer vergleichenden Studie mit mehreren Rohölproben Malten-Asphalten-Wechselwirkungen untersucht.Für jede ionische Flüssigkeit wurde der Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand vorliegt, mittels dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmt. In diesem Temperaturbereich wurde daraufhin die Frequenzabhängigkeit der Tone-Relaxationszeiten für alle ionische Flüssigkeiten ohne Begrenzungen (Bulk-Proben) gemessen. Ein Relaxationsmodell, welches Beiträge von Rotations- und Translationsdynamik beinhaltet, wurde an die Daten angepasst und daraus entsp-rechende Korrelationszeiten bestimmt. Hierbei wurden verschiedene Regressionsmethoden getestet und bewertet. Während die Temperaturabhängigkeit der Translationsdynamik kein Arrhenius-Verhalten zeigte, konnte die Temperaturabhängigkeit der Rotationsdynamik im untersuchten Bereich mit einem Arrhenius-Modell beschrieben werden.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000207
Atomic layer deposition functionalization and modification of three dimensional nanostructures for energy storage and conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XVI, 162 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Um der steigende Nachfrage nach nachhaltigen und erneuerbaren Energiequellen in der Zukunft gerecht zu werden, wurden viele Anstrengen unternommen um hoch effiziente Energiespeicher und Bauelemente zur Energieumwandlung zu entwickeln. Insbesondere bieten Nanomaterialien neue Möglichkeiten um energiebezogene Bauelemente noch effizienter zu machen. Hier verspricht man sich von der Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen weitere Effizienzsteigerungen im Vergleich zu planaren Strukturen. In dieser Arbeit werden hocheffiziente Energiespeicher und -umwandler durch die effektive Kombination von dreidimensionaler Mikro- und Nanotechnologie mit Atomlagenabscheidung hergestellt und systematisch charakterisiert. Im Folgenden die wichtigsten Ergebnisse: 1. Dreidimensionale nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden wurden kostengünstig und kontrolliert mit Hilfe von Atomlagenabscheidung hergestellt. Die wichtigsten Parameter, Transparenz und elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, wurde systematisch charakterisiert und der Einfluss der Dopingkonzentration und der Wachstumsbedingungen wurde analysiert. Es hat sich herausgestellt, dass die dreidimensionalen nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden sich insbesondere als gute transparente Elektroden in der Photovoltaik und in optoelektronischen Bauelementen eignen. 2. Kern/Mantelnanostrukturen mit optimierter Struktur und Zusammensetzung können die Ausbäute von Sonnenlicht deutlich erhöhen. Eine vielversprechende Route mit starkem Fokus auf die skalierbare Herstellung von gut modulierten Kern/Mantel-Nanostrukturen wurde entwickelt, welche leicht an andere Metall und Halbleiter für photoelektrochemische Elektroden angepasst werden kann. Als Substrat dient ein regelmäßig angeordnetes Aluminium nano-Kegel-Array, welches mit einer Aluminium-dotiertem Zinkoxid / Titandioxid Kern/Mantel Struktur und regelmäßig verteilten Goldnanopartikeln überzogen ist. Die Herstellung wurde mit Hilfe von Atomlagenabscheidung, physikalischer Dampfabscheidung und einem Glühprozess realisiert. Durch gezielte Abstimmung der Struktur und Zusammensetzung konnte der Lichteinfang verbessert und die Ladungsträgerdiffusion optimiert werden. Plasmonenresonanz und katalytische Effekte konnten durch Goldnanopartikel kontrolliert werden. Dementsprechend konnte eine bemerkenswerte photoelektrochemische Leistungsfähigkeit erzielt werden. 3. Ein kostengünstiger Prozess für die Synthese von dreidimensionalen Platin Nanoröhren-Arrays, basierend auf der Atomlagenabscheidung und nanoporösen Templaten, wurde entwickelt. Dies gelang durch die Einführung eines low-nitrogen-filling Schritts. Kontinuierliche Platin Nanoröhren mit glatter Oberfläche wurden erzielt. Dabei wurde die Anzahl der Zyklen halbiert und die Pulszeit des Platinprecursors um 10 % reduziert im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Die hergestellten Platinnanoröhren-Arrays wurden als Stromkollektoren für dreidimensionale Pt/MnO2 Kern/Mantel Strukturen in Superkondensatoren eingesetzt. Die synthetisierte Struktur zeigte eine hohe spezifische Kapazität, gute Performance unter schneller Entladung und eine gute Zyklenbeständigkeit. 4. Eine ultra-niedrige Lademenge von sehr kleinen Platin Nanopartikeln auf Kohlenstoffnanofasern, welche mittels bakterieller Zellulose hergestellt wurde, wurde mit Hilfe der Atomlagenabscheidung erzielt. Die mit Platinpartikeln oberflächenmodifizierte Kohlenstoffnanofasern zeigten gute elektrokatalytische Aktivität und Stabilität gegenüber der Wasserstoffentwicklungsreaktion. Das Syntheseverfahren stellt eine allgemeine Strategie dar, um den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren unter Beibehaltung ihrer hohen katalytischen Effizienz zu minimieren. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse in Bezug auf die Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen, ihre Funktionalisierung und die Implementierung in Bauelemente zur Energiespeicherung und -umwandlung, sollte eine starke Basis für zukünftige Bauelemente mit verbesserter Leistung liefern.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000217
Phonons of epitaxially grown graphene on Ir(111) and molecular vibrational exitations studied by angle-resolved electron energy loss spectroscopy. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IV, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Die vorliegende Arbeit erforscht die dynamischen Eigenschaften von Molekülen und zweidimensionalen Materialien und deren Änderung, sobald diese auf Oberflächen adsorbiert werden. Im Fokus des ersten Teils der Untersuchungen stehen die Eigenschaften der Phononen von Graphen. Eine Monolage Graphen wurde epitaktisch auf Ir(111) mit hoher struktureller Homogenität und einer einzelnen Rotationsdomäne erzeugt. Mithilfe der winkelaufgelösten inelastischen Elektronenstreuung konnte die Phononendispersionsrelation über die gesamte Oberflächen-Brillouin-Zone bestimmt werden. Die am K-Punkt erwartete Kohn-Anomalie ist dabei schwächer ausgeprägt als es bisher für reines Graphen oder Graphit bekannt war. Dichtefunktionalrechnungen zeigen, dass dieses Phänomen durch eine geschwächte Elektron-Phonon-Kopplung zustande kommt, da Elektronenkorrelationen im Graphen durch die Anwesenheit des Metallsubstrates abgeschirmt werden. Zudem weist Graphen auf Ir(111) eine Moiré-Überstruktur auf, die durch die unterschiedlichen Gitterkonstanten der Materialien zustande kommt. Erstmalig konnte gezeigt werden, dass die Überstruktur zu Kopien der Phononenzweige führt, über die bisher nicht berichtet wurde. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Schwingungsanregungen von auf Ir(111) und auf Graphen adsorbierten Phthalocyaninen verglichen. Durch die Kombination von Schwingungsspektroskopie und Dichtefunktionalrechnungen konnte nachgewiesen werden, dass Phthalocyanine auf Ir(111) chemisorbieren und dabei beträchtlich deformiert werden. Demgegenüber physisorbieren Phthalocyanine auf Graphen und behalten im adsorbierten Zustand ihre ursprünglichen Vakuumeigenschaften bei. Demzufolge stellt Graphen auf Ir(111) eine Pufferschicht dar, die die Phthalocyanin-Ir-Hybridisierung merklich reduziert. Der dritte Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der Detektion von elektrostatischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mithilfe von auf Oberflächen adsorbierten Molekülen. Im Experiment wurde Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Ir(111) deponiert und diente als Sondenmolekül. Durch die Koadsorption von Phthalocyaninen sank die C-O Streckfrequenz und das spektroskopische Linienprofil von CO wurde asymmetrisch. Rechnungen zeigen auf, dass die experimentellen Befunde durch elektrostatische Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den CO- und Phthalocyanin-Dipolen erklärt werden können.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000287