Synthese und Charakterisierung von thermoelektrischen Multischicht-Nanostäben von Pb-Bi-(S, Se, Te)-Verbindungen

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Multischicht-Nanostäbe von Pb-Bi-(S, Se, Te)-Verbindungen sollen mittels elektrochemischer Abscheidung aus organischen Elektrolyten (z.B. DMSO) in Al2O3-Membranstrukturen erzeugt werden. In Vorarbeiten wurden bereits erfolgreiche Bi-S- und Pb-Bi-S-Nanosynthesen durchgeführt. Hierauf aufbauend sollen thermoelektrische Multischichtstäbe (z.B. PbS/PbTe oder Bi2S3/Bi2Te3-Segmente) mit Durchmessern im Bereich von 10 bis 50 nm und Längen von 5 bis 100 µm im cm2-Maßstab in den A12O3-Membranen hergestellt werden. Ein segmentierter Aufbau der Nanostäbe in der Längsrichtung mit 2 bis 10 nm dünnen Lagen lässt Quanteneffekte erwarten, wodurch gemäß theoretischer Berechnungen von M.S. Dresselhaus et al. (MIT, Boston, USA) die thermoelektrische Kennzahl figure of merit erhöht werden kann. Da diese Effekte erst bei Schichtdicken < 15 nm auftreten, erfolgt die Deposition von sub-10-nm Lagen automatisiert mit Hilfe eines Roboters. In Zusammenarbeit mit Projekten der FOR 522 sollen die strukturellen Eigenschaften hinsichtlich Kristallinität und Orientierung (XRD, REM, TEM) und die halbleitenden Eigenschaften der thermoelektrischen Nanostäbe hinsichtlich der Bandlücke und Dotierung untersucht werden. Ferner ist die Bestimmung der thermischen Eigenschaften (z.B. thermische Leitfähigkeit und Seebeck-Koeffizienten) in Kooperation mit der AG Eckard Müller am DLR (Deutsches Institut für Luft- und Raumfahrt Köln) geplant.