HRTEM-Abbildung eines bimetallischen Ag-Au-Teilchens in der Glasmatrix

Forschung » Oxidische Nanostrukturen (ON)
∴ ON3 » EXAFS-Spektroskopie von Nanoteilchen

Struktur und Dynamik von Nanoteilchen in oxidischen Gläsern: EXAFS-Spektroskopie und Theorie

Projektleiter

Zusammenfassung

Nanoteilchen (< 10 nm) haben wegen ihrer speziellen chemischen und physikalischen Eigenschaften, die deutlich von denen des Festkörpers abweichen, in den letzten Jahren rasant an Bedeutung gewonnen. Im vorliegenden Projekt sollen Systeme von metallischen Nanoteilchen in einer oxidischen Glasmatrix, die insbesondere wegen ihren spezifischen linearen und nichtlinearen optischen, katalytischen und elektrischen Eigenschaften von großem Interesse sind, systematisch in einem Größenbereich von 0,5 bis 4 nm untersucht werden.

Die besonderen Eigenschaften von Systemen mit matrixgebundenen Nanoteilchen hängen wesentlich von ihrer inneren Struktur und Dynamik als Funktion von der Temperatur sowie den Oberflächen- bzw. Grenzflächeneffekten ab. Darüber gibt es bisher nur sehr begrenzte Informationen wegen der geringen Größe der Partikel und der steigenden Unordnung mit abnehmender Ausdehnung. Deshalb soll für die Charakterisierung der Nanoteilchen die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) eingesetzt werden, die für diese Aufgabenstellung im Vergleich zu anderen Methoden besonders geeignet ist. Um die angestrebten Informationen mit entsprechender Genauigkeit zu erhalten, werden hohe Anforderungen an die experimentelle Technik (Anwendung von Synchrotronstrahlung) und die theoretischen Grundlagen für die Dateninformation gestellt. Zur systematischen Untersuchung der Quantum-Size- und Grenzflächeneffekte der Metallnanoteilchen sollen zunächst Ag-Nanoteilchen, später komplexere Konfigurationen wie bimetallische Ag-Au-Systeme, in oxidischen Natriumsilikatgläsern hergestellt und untersucht werden.

Den theoretischen Schwerpunkt des Projektes bildet die theoretische Interpretation der XAS-Experimente in Abhängigkeit von der Partikelgröße und von unterschiedlichen Grenzflächenstrukturen. Es ist zuerst die Anwendbarkeit der bisherigen Theorien, die für das kompakte Material entwickelt worden sind, zu klären. Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Schwingungszustände und die starke Zunahme sowohl der statischen als auch der dynamischen Unordnung für sehr kleine nicht ausreichend berücksichtigt wurden. Nachfolgend sind erweiterte theoretische Modelle für die Streutheorie auf der Basis der Methode der Greenschen Funktion oder durch Anwendung der Störungstheorie in höherer Ordnung für XAS zu entwickeln und mit Hilfe der Experimente zu testen.

Im Ergebnis dieses Projekts entsteht die Möglichkeit, die strukturellen und dynamischen Zustände der Teilchen im Nano- und Subnanobereich einschließlich der Grenzflächeneffekte zu beschreiben, und damit wesentlich zur Klärung der Struktur-Eigenschafts-Beziehung von eingebetteten Nanoteilchen beizutragen.

Mitarbeiter

  • Dipl.-Phys. Holger Kruth

 

(letzte Änderung: 30.07.2014, 09:32 Uhr)