Schaan, Gunnar: Phasenbildung und Nanostrukturen in den Systemen In2O3-R2O3-ZnO (R ∈ {Al, Fe, Ga}) und SnO2-ZnO. - Bonn, 2017. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-48326
@phdthesis{handle:20.500.11811/7257,
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author = {{Gunnar Schaan}},
title = {Phasenbildung und Nanostrukturen in den Systemen In2O3-R2O3-ZnO (R ∈ {Al, Fe, Ga}) und SnO2-ZnO},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2017,
month = sep,

note = {In dieser Arbeit wird versucht, die Mechanismen der Bildung und des Wachstums von Inversionsdomänengrenzflächen (IDBs) in Verbindungen verschiedener Stoffsysteme In2O3-R2O3-ZnO (R ∈ {Al, Fe, Ga}) und SnO2-ZnO aufzuklären. Dazu wurden eindimensionale Nanostrukturen der jeweiligen Verbindungen mit Hilfe verschiedener Verfahren hergestellt und mit Methoden der Elektronenmikroskopie charakterisiert.
ZnO-Nanostrukturen wurden hergestellt, indem ein Gemisch von ZnO und Graphit bei 1000 °C zur Reaktion gebracht wird. Die entstehenden Reaktanden werden in einem Strom des Trägergases Argon zur Oberfläche eines Substrats transportiert. Dort reagiert gasförmiges Zn an Gold-Nanopartikeln auf der Oberfläche des Substrats mit O2 erneut zu ZnO. Das Trägergas wird durch anodische Oxidation von konzentrierter Schwefelsäure mit einem definierten O2-Gehalt angereichert. Die Geschwindigkeit des Längenwachstums der Nanowires wird vom O2-Gehalt des Trägergases beeinflusst und erreicht bis zu 27 nm/s. Aufgrund des schnellen Wachstums wird angenommen, dass Zn und O2 nur an der Oberfläche und nicht im Volumen des Partikels zu ZnO reagieren.
Durch Reaktion mit Sesquioxid-Nanopartikeln auf ihrer Oberfläche können ZnO-Nanostrukturen zu Verbindungen InRO3(ZnO)m reagieren. Binnen weniger Minuten wird die Bildung basaler und pyramidaler IDBs beobachtet. Mit Hilfe ortsaufgelöster Röntgenspektroskopie kann gezeigt werden, dass die enthaltenen Kationen von Beginn der Reaktion an die für sie geeignetsten Lagen im Kristall besetzen. Die pyramidale IDB hat zunächst eine planare Gestalt parallel zur basalen IDB und entwickelt sich sukzessive zu einer gewinkelten Grenzfläche. Basale IDBs bilden sich bevorzugt auf reaktiven +c-{0001}- und {10-11}-Facetten der Nanostruktur, wobei diese durch eine Inversion der oberflächennahen ZnO4-Tetraeder in unreaktive Facetten umgewandelt werden. Im Laufe des Einwachsens der basalen IDB in die Nanostruktur werden zwei Atomlagen ZnO abgebaut und die angrenzenden Kationenlagen um bis zu 0,9 Å verformt. Das Anionengitter bleibt während dieses Prozesses weitestgehend unverändert.
In2O3(ZnO)m-Nanostrukturen können durch Zersetzung der Zielverbindung direkt aus der Gasphase abgeschieden werden. Hohe Substrattemperaturen ermöglichen die Bildung der Verbindung mit m = 2, die im massiven Festkörper nicht bekannt ist. Durch Unterschreiten der Liquidustemperatur einer Au-In-Legierung am Ende des Abscheidungsvorgangs werden große Mengen an gelöstem In aus dem Goldpartikel ausgeschieden, die mit Zn und O2 zu In2O3(ZnO)2 reagieren.
Nanostrukturen der im F2 estkörper nicht bekannten Verbindungen SnZnO3(ZnO)m mit einem Sn-Gehalt von bis zu 2,1 % können durch Verdampfen und Abscheiden eines Gemischs von ZnO, Sn und Graphit hergestellt werden. Mit Hilfe von EDX-Elementverteilungskarten und durch quantitative Auswertung von annular dark field-Aufnahmen kann gezeigt werden, dass Sn und Zn nicht nur die basalen, sondern unerwarteterweise auch die pyramidalen IDBs im Verhältnis 1:1 besetzen.},

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