Stabilisierung von nanostrukturierten Metalloxid-Funktionsschichten

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Im Projekt sollen Mechanismen der strukturellen Stabilisierung von In2O3- und SnO2-Nanostrukturen in Funktionsschichten untersucht werden, welche von großer Bedeutung in der Gassensorik sind. Für metallische Nanopartikel in Schichten werden in der Literatur zwei unterschiedliche Wachstumsprozesse beschrieben: Verschmelzen benachbarter Partikel nach thermisch unterstützter kristallographischer Ausrichtung (Koaleszenz) und Wachstum über die Gasphase (Ostwald-Reifung). In amorphen Systemen dominiert meist Koaleszenz, für segregierte Partikel die Reifung. Die für Metalle etablierten Modelle sind auf Metalloxide aber nur eingeschränkt übertragbar. Im Sol-Gel-Verfahren hergestellte Schichten von nanopartikulärem In2O3 zeigen bei 450°C ein rasches Kornwachstum von 3 nm auf 9 nm, was auf Koaleszenz zurückgeführt wird, da die Partikel in Kontakt stehen und nur einen sehr geringen Dampfdruck besitzen. In diesem Projekt werden geordnet-mesoporöse In2O3-Materialien untersucht, welche durch Strukturabformung (nanocasting) hergestellt werden. Anders als Sol-Gel-Materialien zeigen diese ein vergleichbares Wachstum erst ab 600°C. Die Materialien lassen sich als starre Anordnung vernetzter kristalliner Nanodrähte beschreiben. Unter anderem soll die Hypothese geprüft werden, dass Koaleszenz in diesem Fall durch gehinderte Ausrichtung der Kristallite unterdrückt ist. Zum Vergleich werden geordnet-mesoporöse SnO2-Materialien untersucht, welche einen niedrigeren Dampfdruck und andere Wachstumseigenschaften besitzen, so dass sich Koaleszenz von Reifung unterscheiden lässt.