Forschung
Hier finden Sie Näheres über die Forschungsschwerpunkte der AG Smarsly
- Forschungsthemen der AG Smarsly
- Kohlenstoff
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„Nicht-Graphitischer Kohlenstoff“ ähnelt dem Graphit, der sich durch eine dreidimensionale Anordnung von Graphitschichten (polyaromatische Ringe mit sp2-Hybridisierung) auszeichnet. Im Vergleich dazu sind die Schichten im nicht-graphitischen Kohlenstoff zwar auch weitgehend parallel zueinander angeordnet, besitzen aber keine dreidimensionale kristallographische Ordnung, vielmehr sind die Schichten gegeneinander verdreht und verkippt. Poröser, nicht-graphitischer Kohlenstoff hat eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise bei der Reinigung von Gasen oder Wasser, in Filtern, als Trägermaterial für Katalysatoren und als Elektrodenmaterial usw. Wir entwickeln Verfahren, um solche Kohlenstoffe mit wohldefinierter Mesoporosität (5-30 nm Porendurchmesser) herzustellen und mit Hilfe von Physisorption (Stickstoff und Argon) sowie geeigneten Röntgenstreumethoden (Klein- und Weitwinkelstreuung) zu charakterisieren.
- Angewandte Elektrochemie
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Einige Metalloxide sind vielversprechend für die Anwendung bei elektrochemischen Prozessen oder Ladungstransport, z.B. als Elektrodenmaterial in Batterien, neuen Arten von Solarzellen (TiO2, ZnO), elektrochromen Materialien (WO3 usw.). Es wird erwartet, dass solche physikalisch-chemischen Eigenschaften sich verbessern, wenn das Metalloxid in Form von Nanopartikeln oder mit Nanoporen, insbesondere als homogener, dünner Film hergestellt wird. Elektrochemische Methoden (Zyklovoltammetrie usw.) werden genutzt, um den Einfluss der Nanostrukturierung auf diese Eigenschaften zu untersuchen.
- Hierarchische Porensysteme
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Für verschiedenste Anwendung mit Stofftransport wäre ein ideales Porensystem hierarchisch aufgebaut: Kleine Nanoporen (3 nm – 100 nm, sog. „Mesoporen“) befinden sich in den Wänden von größeren Poren, idealerweise mit Durchmesser im Mikrometerbereich (1 Mikrometer = 0.000001 m). Hierdurch wäre die große Oberfläche der kleinen Poren einfach durch die größeren Poren zugänglich. Unsere Gruppe versucht Verfahren zu entwickeln, um solche hierarchischen Porensysteme durch Selbstorganisation auf der Nanoebene herzustellen und diese komplexen Porensysteme (in Form von Filmen und Pulver) zu charakterisieren und den Einfluss der Hierarchie auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften zu untersuchen (etwa durch elektrochemische Messungen).
- Kristallisation von Nanostrukturen
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Verschiedene Metalloxide sind in nanocrystalliner Form hochinteressant für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Energiespeicherung und - umwandlung, der Sensorik usw. Allerdings zeigt vielfach nur die vollständig kristalline Form des entsprechenden Oxids die gewünschten physikalisch-chemischen Eigenschaften. Wir versuchen Verfahren der Sol-Gel Chemie so weiterzuentwickeln, dass man wohldefinierte Nanostrukturen (Nanopartikel bzw. Poren) in hochkristalliner Form, insbesondere als Filme oder Partikel erhält. Interessanterweise zeigen bestimmte Oxide, wenn sie durch dip-coating (Tauchbeschichten) aus verdünnten Lösungen hergestellt werden, nach einer thermischen Behandlung eine bevorzugte kristallographische Ausrichtung bezüglich des Substrats (z.B. Glas). Dies wird normalerweise nur bei einkristallinen Substraten beobachtet.
- Mesostrukturierte Filme
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Eine Nanostrukturierung von Materialien wird zu verbesserten physikalisch-chemischen Eigenschaften führen. In diesem Projekt werden dünne, kristalline Metalloxid-Beschichtungen mit Poren im Bereich von ca. 5 nm - 30 nm (sog. „Mesoporen“) mit Hilfe von Sol-Gel Chemie in Kombination von mizellarer Selbstorganisation hergestellt. Ein Hauptziel ist die Beantwortung der fundamentalen Frage, wie die Nanostrukturierung die physikalischen Eigenschaften beeinflusst. Daher werden Verfahren entwickelt, um hohe Regelmäßigkeit in der Anordnung der Mesoporen zu erreichen.
- Streuung: Experimente und Theorie
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Röntgen und Neutronen Streuung sind ideale Methoden um Nanostrukturen einer Vielzahl von Materialen zu untersuchen, beispielsweise mesoporöse, anorganische Verbindungen, Flüssigkristalle, Blockcopolymerphasen, Dispersionen usw. Wir entwickeln und nutzen neue experiementelle Techniken (z.B. in-situ Kleinwinkel-Röntgen/Neutronen-Streuung (SAXS/SANS) während der Sorption von Gasen in den Poren). Außerdem arbeitet unsere Gruppe an der Theorie zum Analyse von Streudaten, insbesondere um die „Unordnung“ quantitativ zu beschreiben.
- Elektrospinnen
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