Fiz González, Raquel

Kölner UniversitätsPublikationsServer

ZusammenfassungDie Grundlagenforschung an neuartigen nanostrukturierten Materialien und ihren Eigenschaf-ten ist essentiell für die Entwicklung einer neuen Generation von hocheffizienten und günsti-gen Kleinstbauteilen. Nanomaterialien bieten eine einzigartige Dimensionsabhängigkeit ihrerphysikalischen und chemischen Eigenschaften, sowie neuartige Grenzflächenphänomene. Die-se Effekte nutzbar zu machen ist die treibende Kraft in der Entwicklung kontrollierbarer undreproduzierbarer Darstellungswege von Nanostrukturen mit definierter Zusammensetzung undStruktur, sowie deren Charakterisierung. Es herrscht aktuell keine Übereinstimmung in Bezugauf die optimale Geometrie, die Kombination von Materialien oder die synthetische Metho-de, welche die beste Leistungsfähigkeit für spezifische Anwendungen garantiert. Daher ist dieEntwicklung von Methoden, welche die Synthese und Organisation von Nanostrukturen (Selbst-anordnung) in integrierten Arrangements in großem Umfang erlauben außerordentlich wichtig,um eine Schnittstelle zwischen der Grundlagenforschung im Labor und industriellen Produktionzu schaffen.Bottom-Up-Verfahren wie der VLS-Mechanismus bieten einen hohen Grad an Kontrol-le über Zusammensetzung, Größe, Morphologie und Wachstumsort der Nanobausteine. Die“Molekül-zu-Material”–Strategie erlaubt die Fabrikation und das Design von Materialien, de-ren Eigenschaften a priori auf einer molekularen Skala zugeschnitten werden können. In dieserArbeit zeigen wir das Potenzial von Gasphasentechniken (wie CVD, PECVD und ALD) bei derGestaltung ultrareiner eindimensionaler Metalloxidnanomaterialien mit einem hohen Grad anKontrolle über ihre Struktur und Eigenschaften, sowie ihrer direkten Integration in Bauteile.Die eindimensionalen Metalloxidnanostrukturen wurden sorgfältig unter Berücksichtigung derKristall- und Bändermodellphysik konstruiert, und auf ihre Leistungsfähigkeit in unterschied-lichen Anwendungen überprüft.In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss von CVD-Parametern auf die Synthese vonV2O5, Nb2O5 und Ta2O5 Nanostrukturen untersucht, wobei sich auf potenzielle Anwendun-gen nanostrukturierter Nb2O5 Dünnschichten konzentriert wurde. Aufbauend auf diesen Un-tersuchungen wurden SnO2 Nanodrähte auf verschiedenen Substraten aufgewachsen, welche alsRückgrat bei der Entwicklung neuartiger Heterostrukturen mit einem hohen Grad an Kontrolleüber ihre Zusammensetzung und Morphologie dienten. In diesem Kontext wurden SnO2@SnO2−,Sn@SnO2–, C@SnO2- und Fe3O4@SnO2–Heterostrukturen in Lithium-Ionen-Batterieanwen-dungen und Nb2O5@SnO2–Heterostrukturen als Feuchtigkeitssensoren untersucht. Weiterhinwurde der Einfluss von SnO2 auf die magnetischen Eigenschaften von Fe3O4 in Fe3O4@SnO2-Kern-Schale-Architekturen untersucht. Gleichermaßen wurden das Photodiodenverhalten vonα–Fe2O3@ZnO/p-Si, sowie die photokatalytischen Eigenschaften von TiVOx@SnO2- undTiNbOx@SnO2-Schichtstrukturen analysiert. Dies geschah, um die Rolle der Grenzflächenei-genschaften auf das chemische Potenzial, elektrische Barrieren und die Modulation der Kon-taktstellenmerkmale auszuarbeiten.Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, dass die funktionellen Eigenschaften abgesehen von denGrößen- (Confinement) und Oberflächeneffekten, stark durch die Phasengrenzen, welche zwi-schen dem Substrat und dem aufwachsenden Material oder zwei verschiedenen aufgewachsenenPhasen (z.B. Kern-Schale oder Doppelschichten) bestehen, verbessert werden können. Währendneue Konzepte der Materialgestaltung die Möglichkeit zum Unterdrücken oder Verstärken spe-zifischer chemischer Wechselwirkung bieten, bedürfen die Herausforderungen, welche mit einerreproduzierbaren Materialsynthese und Integration in Bauteile verbunden sind, einer tieferge-henden Beachtung.

Vapor Phase Growth of Anisotropic Metal Oxide Heterostructures: Growth Models, and Energy & Sensor Applications

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