Growth and characterization of colloidal supercrystals formed by PbTe/PbS core-shell nanocrystals

Titel in Übersetzung: Growth and characterization of colloidal supercrystals formed by PbTe/PbS core-shell nanocrystals

Maria Reitgruber

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Um funktionelle Nanomaterialien herzustellen und sie in technische Geräte zu integrieren, müssen Nanokristalle (NCs) zu geordneten Superstrukturen angeordnet werden, ähnlich den Atomen in einem kristallinen Feststoff. Dadurch lassen sich die elektronischen Eigenschaften der einzelnen NCs verbessern und sie können in technische Geräte, wie beispielsweise Wärmesensoren und Solarzellen, eingebaut werden. Inwieweit diese Eigenschaften verbessert werden können, hängt von der Lage und Ausrichtung der NCs im Superkristall ab. In dieser Arbeit wurde die Selbstorganisation von halbleitenden core-shell PbTe/PbS NCs zu Superkristallen untersucht. Diese Teilchen sind thermoelektrisch: ihre Fähigkeit, Wärme in elektrischen Strom umzuwandeln, macht sie zu einem wichtigen Kandidaten für die Rückgewinnung von Abwärme und aktive Kühlung [1]. Die NCs wurden von M. Ibáñez vom Institute of Research and Technology Austria (ISTA) zur Verfügung gestellt, als dispergierte Teilchen in einem Lösungsmittel. Ihre Kristallstruktur wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) bestimmt. Anschließend wurde deren Superkristallisation durch zwei Mechanismen, Lösungsmittelverdampfung und Diffusion eines Nichtlösungsmittels in das Lösungsmittel, sowohl in-situ als auch ex-situ mittels Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) untersucht. Die dabei entstandenen Superstrukturen wurden unter einem Lichtmikroskop betrachtet und mit den Ergebnissen der SAXS-Messungen verglichen. Anschließend wurde der Einfluss der Form der NCs auf die Superstruktur analysiert, um herauszufinden, wie sie innerhalb der Superkristalle positioniert und orientiert sind. Die Struktur, die bei beiden Mechanismen am häufigsten entstand, war die kubisch-raumzentrierte Struktur (bcc). Durch Verdampfung des Lösungsmittels ergab sich eine wesentlich dichtere, aber weniger geordnete Struktur als durch Diffusion. Während des Diffusionsprozesses fanden wir an bestimmten Positionen hexagonal dicht gepackte (hcp) Stapelfehler im bcc-Gitter. Die Ex-situ-Messungen, die einige Wochen später durchgeführt wurden, offenbarten große Superkristalle mit überwiegend hexagonaler Struktur. Offensichtlich haben sich die Superkristalle in dieser Zeit neu angeordnet. In den anschließend im Lichtmikroskop aufgenommenen Bildern sind große Kristalle zu sehen, die mit den Ergebnissen der SAXS-Messungen korrelieren. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sowie durch Diffusion eines Nicht-Lösungsmittels in ein Lösungsmittel, als auch durch das Verdampfen des Lösungsmittels geordnete kristalline Strukturen aus PbTe/PbS-core-shell NCs gebildet werden können. Diese Information ist für weiterführende Untersuchungen der elektronischen Eigenschaften der Superkristalle essenziell, da diese in hohem Maße von deren inneren Strukturen abhängig sind.
Titel in ÜbersetzungGrowth and characterization of colloidal supercrystals formed by PbTe/PbS core-shell nanocrystals
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Lechner, Rainer, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Nanokristalle
  • SAXS
  • XRD
  • Superkristalle

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