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Artikelaktionen

Galerie der Bilder von 2017

Bild des Monats Januar 2017

Hier finden Sie wechselnde Einblicke in die Arbeiten der am LaMa beteiligten Arbeitsgruppen. Eine Sammlung aller bisher erschienenen Bilder finden sie in der Galerie der Bilder des Monats.

Bild des Monats JanuarMetallkomplexe, wie z. B. das aktive Zentrum im Hämoglobin, können Sauerstoff binden und damit auch aktivieren. Den Prozess der Aktivierung von Sauerstoff im Detail zu verstehen ist wichtig für die Elektrochemie, die Photochemie und die Katalyse. Mit Hilfe der Tieftemperatur-"Stopped-Flow"-Technik untersucht die Arbeitsgruppe Schindler reakive Intermediate, wie z. B. Kupfer-Superoxido- oder Peroxido-Komplexe (siehe z. B. Angew. Chem. 2013, 125, 904). Diese Verbindungen lassen sich oft nur für kurze Zeit bei tiefen Temperaturen beobachten. Im Bild analysiert Frau Miriam Wern gerade die Umsetzung eines Kupferkomplexes mit Sauerstoff mit Hilfe der zeitaufgelösten UV-vis-Spektroskopie.

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Siegfried Schindler.

Bild des Monats Februar 2017

Hier finden Sie wechselnde Einblicke in die Arbeiten der am LaMa beteiligten Arbeitsgruppen. Eine Sammlung aller bisher erschienenen Bilder finden sie in der Galerie der Bilder des Monats.

Bild des Monats FebruarImidazo[1,5-a]pyridine sind oxidationsstabile Emittermaterialien, die in Zukunft in organischen Leuchtdioden (OLEDs) eingesetzt werden könnten. Dazu werden ihre optischen und elektrischen Eigenschaften in Kooperation der AGs Göttlich und Schlettwein untersucht. Zunächst werden die Materialien mittels Mikrowellensynthese in der AG Göttlich von Jasmin Herr (MSc Chemie) hergestellt. Hier unter UV-Licht gezeigt sind Lösungen von 3-(4-Methoxyphenyl)-1-(phenyl)imidazo[1,5-a]pyridin (4-OMePhPhIP) und 1-(Pyridin-2-yl)-3-chinolin-2-yl)imidazo[1,5-a]chinolin (PCIC) mit den dazugehörigen Absorptions- und Emissionsspektren.

Anschließend werden geeignete Moleküle in der AG Schlettwein von Georg Albrecht (MSc Materialwissenschaften) auf verschiedenen Substraten als Dünnfilme präpariert und im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit als Bestandteil von OLEDs charakterisiert. Im Bild zu sehen sind im Hochvakuum aufgedampfte Dünnfilme auf Quarzglas im Vergleich zur Referenzsubstanz Aluminiumtris(8-hydroxychinolin) (Alq3) auf SiO2.

Dieses Bild wurde eingereicht von Jasmin Herr (AG Göttlich).

Bild des Monats März 2017

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Inner-Shell Ionization and Fragmentation of Isolated Endohedral Fullerene Ions by XUV Radiation

Bild des Monats März

Endohedral fullerenes are fascinating objects that have captured the imagination of scientists in the basic and applied sciences. Examples for the many ideas under discussion are the use of endohedral fullerenes in photovoltaics, quantum computing, medical imaging, or tumor therapy. The experimental challenge when working with endohedral fullerenes is that these rare molecules are available only in very small quantities. Nevertheless, researchers from the Atomic and Molecular Physics Group (headed by S. Schippers) succeeded in irradiating mass- and charge selected q-fold charged Lu3N@C80q+(q=1-3) endohedral fullerene ions with energetic photons from the PETRAIII synchrotron operated by DESY in Hamburg. Element specific information about the molecular electronic structure was obtained by tuning the photon energy across various atomic absorption edges. The figures show the signal from the carbon cage in various Lu3N@Cnq+ -> Lu3N@Cmr+ [short-hand notation (n,q)->(m,r)] reaction channels which were individually measured [J. Hellhund et al., Phys. Rev. A 92, 013413 (2015)].

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Stefan Schippers.

Bild des Monats April 2017

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Gesamtleitfähigkeit und ionische Überführungszahl von [Ce,Pr]O2-Einkristallen

Bild des Monats April

Aufgrund seiner gemischten ionischen und elektronischen Leitfähigkeit spielt Cerdioxid in vielen elektrochemischen Anwendungen wie zum Beispiel als Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen, als Sauerstoffmembran oder als Gassensor sowie auch innerhalb der Katalyse eine bedeutende Rolle. Durch die Substitution mit Praseodym lässt sich der Bereich gemischter Leitfähigkeit zu höheren Sauerstoffpartialdrücken verschieben, wodurch das Material auch für Anwendungen unter Standardbedingungen interessant wird. Die Erhöhung der elektronischen Leitfähigkeit durch die Substitution mit Praseodym ist deutlich in der Sauerstoffpartialdruckabhängigkeit der Gesamtleitfähigkeit des [Ce,Pr]O2-Einkristalls zu erkennen, welche mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie bestimmt wurde. Während CeO2 im hohen Partialdruckbereich ein ionisches Plateau aufgrund der dominierenden Sauerstoffionenleitfähigkeit zeigt (intrinsischer Bereich), findet sich für die [Ce,Pr]O2-Einkristalle ein ausgeprägtes Leitfähigkeitsmaximum, welches durch Elektronen verursacht wird, die zwischen den verschiedenen Praseodym-Ionen im kationischen Gitter hüpfen (small polaron hopping). Die Messung der Überführungszahl der Sauerstoff-Ionen bestätigt den elektronischen Charakter des vorliegenden Transportmechanismus.

Dieses Bild wurde eingereicht von Kathrin Michel, AG Janek.

Bild des Monats Mai 2017

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H/D exchange in oligopeptides followed in real-time by means of cluster induced desorption/ionization mass spectrometry

Bild des Monats Mai

Desorption/Ionization induced by Neutral SO2 Clusters (DINeC) is a very soft and efficient ionization technique for mass spectrometry of solid and surface-adsorbed organic analytes. The SO2 clusters impacting on the surface both provide the energy for desorption of the analyte molecules as well as they serve as a transient matrix due to the high dipole moment of SO2. Thus the desorption process takes place at comparably low cluster energies (<1eV/molecule) and even fragile analytes are desorbed without any fragmentation [C. R. Gebhardt, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 48, 4162 (2009); A. Portz et al., J. Chem. Phys. 146, 134705 (2017)].

In a most recent study, H/D exchange reactions in oligopeptides have been monitored in real-time using DINeC-MS allowing for a site-specific quantification of exchange rates in the bio-molecules. The results demonstrate the capability of DINeC for real-time monitoring of complex (surface-) reactions by means of mass spectrometry.

Dieses Bild wurde eingereicht von Andre Portz und Prof. Dr. Michael Dürr.

Bild des Monats Juni/Juli 2017

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Materialforschung mit vereinten Kräften –
Materialforschungstag Mittelhessen am 28. Juni 2017

Bild des Monats Juni

Das Zentrum für Materialforschung der Justus-Liebig-Universität Gießen und das Wissenschaftliche Zentrum für Materialwissenschaften der Philipps-Universität Marburg veranstalteten am 28.6.2017 gemeinsam den 11. Materialforschungstag Mittelhessen im neuen Chemiegebäude der JLU. Etwa 240 Materialforscherinnen und Materialforscher aus Marburg und Gießen präsentierten und diskutierten ihre Arbeiten und Ergebnisse. Die eingeladenen Gastredner Prof. Dr. Josef Breu (Universität Bayreuth) und Dr. Ilia Valov (RWTH Aachen/FZ Jülich) berichteten über ihre Forschungsarbeiten an neuartigen Nanokompositen mit besonderen Eigenschaften und an Informationsspeichern nächster Generation.

Der Materialforschungstag Mittelhessen findet im jährlichen Wechsel an der Philipps-Universität und an der Justus-Liebig-Universität statt. Die Veranstaltung, in die auch die mit Materialforschung befassten Arbeitsgruppen der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) eingebunden sind, stärkt die regionale Vernetzung und Zusammenarbeit im Rahmen des Forschungscampus Mittelhessen. Um die Kooperation zwischen dem Wissenschaftlichen Zentrum für Materialwissenschaften (WZMW) und dem ZfM zu intensivieren, trafen sich im Anschluss an das wissenschaftliche Tagungsprogramm die Arbeitsgruppenleiterinnen und -leiter beider Einrichtungen.

Hier finden Sie das Programm des Materialforschungstages und die Posterliste.

Foto: Thomas X. Stoll, Gießen

Bild des Monats August 2017

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Untersuchungen der Wasserstoffdiffusion in polykristallinem WO3 mittels in-situ Transmissionsspektroskopie

Bild des Monats August

Die Insertion von Ionen und Elektronen führt in Wolframtrioxid (WO3) zu einer reversiblen Blaufärbung des Materials. Aufgrund dieser elektrochromen Eigenschaften findet WO3 bereits Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen wie z.B. intelligenten Fenstersystemen. Allerdings sind das Einfärbeverhalten und der Transportmechanismus der Ladungsträger innerhalb des Wolframtrioxid immer noch nicht ausreichend verstanden. Die Abbildung zeigt eine orts- und zeitaufgelöste in-situ Messung der Transmissionsänderung eines polykristallinen WO3-Dünnfilms während der lateralen Diffusion von Wasserstoff in WO3. Die Schicht wurde hierbei mit einer transparenten Kunststoffschicht (PMMA) lithographisch strukturiert, um Protonen nur in einem schmalen Bereich in die Schicht elektrochemisch in das Wolframtrioxid-Gitter einzubauen. Durch den dadurch erzeugten Konzentrationsunterschied diffundieren die Ladungsträger innerhalb der Schicht, was dort zu einer Blauverfärbung führt. Der ortsabhängige Verlauf der Transmissionsänderung lässt hierbei vermuten, dass der Diffusionskoeffizient des Wasserstoffs von der Konzentration an Wasserstoff in der WO3-Schicht abhängt.

Dieses Bild wurde eingereicht von Simon Burkhardt (AG Klar).

Bild des Monats September 2017

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Entwicklung thermoelektrischer Wandlermaterialien und Generatoren in Kooperation mit dem DLR in Köln

Bild des Monats September

Thermoelektrische Generatoren (TEG) können, basierend auf dem Seebeck-Effekt, Wärmeströme in nutzbare elektrische Leistung wandeln und damit eine Effizienzsteigerung thermischer Energie­systeme durch direkte Rekuperation von Verlustwärme ermöglichen. Sie werden für die Anwendung in Automobilen, Industrieprozessen, der Luft- und Raumfahrt sowie in (hybriden) Energiesystemen entwickelt. Die Entwicklung hochtemperaturtauglicher TEG bietet neben der Notwendigkeit hocheffektiver thermoelektrischer Wandlermaterialien vielfältige technologische Herausforderungen, die mit dem Methodenspektrum der TEG Line am DLR adressiert werden. Die TEG Line erlaubt die Durch­führung und Untersuchung einzelner Prozessschritte zur thermoelektrischen Material-, Modul- und Prozessentwicklung in der Schrittfolge vom hochreinen Ausgangsmaterial bis zum Funktionstest von TEG-Modulprototypen. Die TEG Line umfasst elf Einzelanlagen zur Herstellung, Verarbeitung und Charakterisierung von thermoelektrischen Materialien sowie zum Aufbau und zur Charakterisierung von thermoelektrischen Generator-Modulen.

Die TEG Line umfasst Methoden zur

  • Materialherstellung durch Schmelzsynthese, Gasverdüsung, Melt-spinning, Mechanisches Legieren
  • Bestimmung der Materialhomogenität mit einer Scanning-Seebeck-Mikrosonde
  • Aufbau- und Verbindungstechnologie für thermoelektrische Module
  • Messung von elektrischen Kontaktwiderständen
  • Messung der thermoelektrischen Material-Güte zwischen -150 und 800 °C
  • Messung der thermoelektrischen Modul-Effizienz zwischen -50 und 700 °C

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Eckhard Müller, Institut für Anorganische und Analytische Chemie der JLU und DLR-Institut für Werkstoff-Forschung Köln.

Bild des Monats Oktober 2017

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Neue Materialien mit extrem nichtlinearen optischen Eigenschaften

Bild des Monats OktoberDie Frequenzkonversion spielt heutzutage in vielen Anwendungen eine Rolle, bei denen Licht bestimmter Wellenlängen oder Spektralbereiche benötigt wird. Typische Beispiele sind „weiße Leuchtdioden“, bei denen, ähnlich wie in „Neonröhren“ ultraviolette Strahlung mittels Phosphoreszenz in ein breites Spektrum konvertiert wird, das den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdeckt. Diese Quellen haben, genau wie herkömmliche thermische Emitter („Glühbirnen“), typischerweise ein sehr homogenes Abstrahlverhalten, sodass alle Raumrichtungen gleichmäßig ausgeleuchtet werden.

Laser hingegen zeigen ein deutlich brillanteres Strahlprofil. Dies ist insbesondere für lange Signalwege oder gezielte, Spot-Beleuchtung von sehr großem Vorteil. Allerdings haben Laser typicherweise nur wenige, diskrete Farben. Die Erzeugung weißen Lichtes mit hoher Brillanz hingegen ist nur sehr aufwendig mittels hoher Pulsenergien und komplexer nichtlinearer Elemente wie photonischer Kristallfasern möglich.

Der Gruppe von Prof. Chatterjee gelang in Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen aus dem Wissenschaftlichen Zentrum für Materialwissenschaften der Philipps-Universität Marburg ein entscheidender Durchbruch: Sie konnten Materialien mit extremen nichtlinearen optischen Eigenschaften identifizieren, die Weißlichterzeugung mit laserartigem Abstrahlverhalten bei sehr niedrigen Schwellen zulassen. Die Entdeckung im Rahmen des Graduiertenkollegs 1782 „Funktionalisierung von Halbleitern“ soll im Rahmen dieser Kooperation in eine kommerziell erhältliche Laserdiode intergiert werden.

Die Abbildung zeigt ein typisches Weißlichtspektrum (durchgezogene Linie) von [(Sty)4Sn4S6] für Anregung mit 980nm-Laserlicht sowie Referenzspektren einer weißen Leuchtdiode (LED, gepunktete Linie) und eines schwarzen Strahlers bei 2856K (gestrichelte Linie), was in etwa dem Emissionsspektrum einer Halogenbirne entspricht. Das Inset zeigt eine Schemadarstellung der Beobachtung.

Publikationen zu diesem Thema:

Rosemann, N. W. et al. A highly efficient directional molecular white-light emitter driven by a continuous-wave laser diode. Science  352, 1301–1304 (2016).

Rosemann, N. W. et al. Organotetrel Chalcogenide Clusters: Between Strong Second-Harmonic and White-Light Continuum Generation; J. Am. Chem. Soc. 138, 16224–16227 (2016).

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Sangam Chatterjee.

Bild des Monats November 2017

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Earth-abundant nanostructures for solar energy conversion

Bild des Monats NovemberThe search for new and significantly improved solar energy conversion systems is currently a highly active research field world-wide and attracts major cross-disciplinary interest due to its relevance for solar fuel generation, production of clean drinking water, and greenhouse gas emission reduction. However, this search must include cheap and earth-abundant materials, in order to make a solar fuels-based economy cost-effective.

In this context, the group of Dr. Roland Marschall and his co-workers has developed agglomerate-free aqueous colloids of MgFe2O4 nanoparticles (~6 nm) by fast non-aqueous microwave-assisted solution phase synthesis. Colloidal stabilization of the nanocrystals was achieved either in aqueous and non-aqueous media, partly even during the microwave-assisted synthesis. Their applicability in photocatalytic oxidation reactions was investigated, indicating that surface stabilization can positively influence compound adsorption and enhance pollutant degradation.

Further details can be found in a recent publication:

K. Kirchberg et al., Stabilization of Monodisperse, Phase-Pure MgFe2O4 Nanoparticles in Aqueous and Non-Aqueous Media and Their Photocatalytic Behavior. J. Phys. Chem. C, Just Accepted Manuscript (Nov. 2017).

Dieses Bild wurde eingereicht von Dr. Roland Marschall.

Bild des Monats Dezember 2017

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Driving surface dynamics at the quantum limit

Bild des Monats DezemberDo optically driven phase transitions at surfaces occur at different time scales than corresponding bulk transitions?  We have investigated the photo-induced melting of the insulating, low temperature phase of In-wires at the Si(111) surface [(8x2) honeycomb chains, left hand side] by fs-laser pulse [1]. A long-lived (440 ps), supercooled metallic phase is created [the high temperature (4x1) uniform chains, right hand side]. Thereby, the system remains well below the critical temperature. Diffraction techniques and DFT-based adiabatic molecular dynamics reveals that the optical excitation breaks and creates In–In bonds, leading to the non-thermal excitation of soft phonon modes. The transition is driven within 350 fs and is thus as fast as those in bulk materials in the non-thermal regime [2].

Publications:

[1] S. Wall et al., «Atomistic picture of charge density wave formation at surfaces»,
Phys. Rev. Lett. 109, 186101 (2012). doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.186101

[2] T. Frigge et al., «Optically excited structural transition in atomic wires at surfaces at the quantum limit», Nature 544, 207-211 (2017). doi: https://doi.org/10.1038/nature21432

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Simone Sanna.