Structure and kinetics of nanoscaled soft matter

Author(s)

Johanna-Masume Akbarzadeh Moghadam

Abstract

Diese Dissertation entstand in einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Materialphysikern und Materialchemikern. Das gemeinsame Ziel war die Entwicklung multifunktioneller Materialien und die Charakterisierung ihrer Nanostruktur, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften zu verbessern. Der Fokus dieser Dissertation liegt auf Hybrid-Materialien, wie mischoxidische Materialien die im Sol-Gel Verfahren hergestellt wurden, polymerschen ionischen Flüssigkeiten und Pseudo-Blockcopolymeren, welche allesamt Merkmale auf der Nanometerebene aufweisen. Diese Materialien finden weitreichenden Einsatz in unserem täglichen Leben, z.B. als Filter, Katalysatoren, in optischen Geräten oder als selbstheilende Materialien, nur um einige wenige zu nennen. Synthesebedingungen wie die Reaktionstemperatur, der pH-Wert und die Konzentration der jeweiligen Komponenten beeinflussen die Struktur und des Weiteren auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften in hohem Ausmaß. Daher sind detaillierte Kenntnisse über diejenigen Mechanismen, die die Strukturentstehung steuern, von großer Bedeutung, um das Material für seine spätere Anwendung zu optimieren. Zur Verbesserung der makroskopischen Eigenschaften eines Materials müssen zuerst die Abläufe auf der mesoskopischen Ebene verstanden werden. Wenn es um die Charakterisierung der Struktur weicher Materie geht, ist Röntgenkleinwinkelstreuung (RKWS) die Methode der Wahl. RKWS ist eine genaue und zerstörungsfreie Methode die nicht nur die Verfolgung der strukturellen Entwicklung während der Synthese erlaubt, sondern es auch ermöglicht, die Parameter und Zeitskalen zu bestimmen, die die Strukturentstehung oder -veränderung beeinflussen. Das Ziel dieser Dissertation ist, die vielseitigen Anwendungsbereiche von RKWS und in-situ RKWS für Untersuchungen auf der Nanometerebene von weicher Materie aufzuzeigen. Der Schwerpunkt wird auf die Entwicklung experimenteller Aufbauten für temperaturabhängige in-situ RKWS Messungen gelegt. Im Rahmen dieser Dissertation wurden verschiedene Apparaturen adaptiert bzw. entwickelt, welche es erlauben, den Einfluss der Temperatur und Temperatursprünge auf die Struktur der Materialen zu untersuchen. Im Kapitel drei wurde die Strukturentwicklung von hierarchisch aufgebauten Monolithen aus Silizium-Titan Mischoxiden untersucht. Die Kinetik der Strukturentstehung wurde mittels in-situ RKWS verfolgt. Es konnte gezeigt werden, dass der Einbau von Titan in die Silizium Matrix die langreichweitige Ordnung des Netwerkes zerstört und dass ein Si/Ti Verhältnis von 35/1 das optimale Verhältnis ist, um sowohl eine geordnete Struktur als auch eine hohe Porosität zu erreichen. In Kapitel vier werden Europium dotierte Silizium Beschichtungen präsentiert die herrausragende Photolumineszenzeigenschaften aufweisen. RKWS Messungen und RKWS Messungen unter streifendem Einfall konnten zeigen, dass obwohl eine Erhöhung der Europium Konzentration die langreichweitige Ordnung der porösen Struktur der Filme zerstört, jedoch kleine geordnete hexagonale Domäne erhalten bleiben, die die Photolumineszenzeiganschaften der Filme verbessern. Das Thema von Kapitel fünf ist die Herstellung von ZnTiO3 Nanopartikeln mit hoher katalytische Aktivität. Hier wurden detaillierte in-situ RKWS Messungen durchgeführt, die den enormen Einfluß der Heizrate auf die Homogenität der Struktur zeigen konnten, welche die Effektivität der Partikel im Einsatz als Katalysatoren bestimmt. Kapitel sechs behandelt die Untersuchung von der thermischen Stabilität und das Relaxationsverhalten von polymerischen ionischen Flüssigkeiten. Das Ziel dieses Kapitels ist es den Einfluss des Kations und die des Anions und seine Größe und Flexibilität auf die nanostrukturelle Organisation zu untersuchen. Das letzte Kapitel befasst sich mit der Bestimmung von numerischen Werten mittels der kinetischen Theorie von Avrami, welche den Kristallisationsprozess von Pseudo-Blockcopolymeren beschreibt.

Organisation(s)

Dynamics of Condensed Systems

No. of pages

167

Publication date

05-2014

Austrian Fields of Science 2012

103009 Solid state physics, 103015 Condensed matter, 103018 Materials physics

Portal url

https://ucrisportal.univie.ac.at/en/publications/structure-and-kinetics-of-nanoscaled-soft-matter(d4ed2946-d0a7-4003-a1cd-d8ba5b973de2).html