ISBN 9783843925099

978-3-8439-2509-9, Reihe Ingenieurwissenschaften

Martin Klaumünzer
Orientierte Aggregation und redoxaktive Oberflächenfunktionalisierung von gefällten Metalloxiden und Metallhydroxiden

217 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit steht die Entwicklung und Charakterisierung von neuen, halbleitenden und dispersen Hochleistungsmaterialien für Dünnschichtanwendungen im Mittelpunkt. Optolektronische, elektronische und photonische Anwendungen wie Solarzellen, Feldeffekttransistoren oder Dioden sind dabei als ausgewählte Beispiele für anspruchsvolle Applikationen zu nennen. Dabei nimmt die Materialsynthese innerhalb der Prozesskette dieser Bauelemente eine zentrale Rolle ein.

Erklärtes Ziel bei der Darstellung dieser dispersen, partikulären Materialien ist es, anisotrope Partikelmorpholgien zu schaffen, die sehr gute Filmformulierungseigenschaften und dabei hohe Ladungsträgermobilitäten innerhalb der aktiven Schichten im Bauelement besitzen.

In diesem Zusammenhang wurden auf der Größenskala von wenigen Nanometern bis hin zu Mikrometern Wachstumsmechanismen von Zn- und In-basierten kristallinen Oxiden und Hydroxiden detailliert untersucht und aufgeklärt. Die Materialien wurden zunächst durch Fällungskristallisation in unterschiedlichen Lösemitteln dargestellt. Im Anschluss wurde ein bewährtes Materialsystem, ZnO-Nanostäbchen aus der basischen Fällung in Methanol, an der Oberfläche chemisch funktionalisiert.

Während der Kristallisation der Materialien wurden nichtklassiche Wachstumsmechanismen beobachtet: Durch Selbstanordnung und orientierter Aggregation von Primärpartikeln kam es in mehreren voneinander getrennten und aufeinanderfolgenden Schritten zur Bildung von Mesokristallen. Diese Bildung wurde im Detail, vor allem durch Mikroskopie und Röntgenbeugung, auf der Zeitskala der Synthese verfolgt und erläutert. Die redoxaktive Oberflächenfunktionalisierung von ZnO-Nanostäbchen mit zwei unterschiedlichen Redox-Ansätzen führte zu anorganisch-organisch-hybriden Materialien, die wesentlich höhere Ladungstransferkinetiken an ihren Grenzflächen aufwiesen als das nicht oberflächenfunktionaliserte Material. Um die Oberflächenfunktionalisierung mit Fulleren- und Porphyrinderivaten zu analysieren, wurden in erster Linie spektroskopische Methoden im Gleichgewicht und zeitaufgelöst eingesetzt.