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Buch, Hörbücher:

Nanotechnologie

Seite 9

Modellierung und Simulation der Synthese von Eisen-Nanopartikeln in Gasphasenreaktoren

Andreas Kowalik

Taschenbuch

Die gezielte Herstellung von Nanopartikeln ist gegenwärtig von großer wissenschaftlicher und technischer Bedeutung. Aufgrund der größenabhängigen Eigenschaften von Nanopartikeln ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Ein weit verbreitetes chemisches Verfahren ist die Partikelerzeugung in der Gasphase. Für dieses Verfahren werden Modelle benötigt, mit denen eine möglichst genaue Vorhersage der Partikeleigenschaften möglich ist. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Bildungs- und Wachstumsprozesse von Eisen-Nanopartikeln aus Eisenpentacarbonyl in drei Gasphasenreaktoren: einem Stoßwellenreaktor, einem wandbeheizten Rohrreaktor und einem Mikrowellen-Plasmareaktor. Es wurden ein monodisperses und ein sektionales Modell entwickelt, die das Volumen und die Oberfläche als Partikeleigenschaften beschreiben. Sie berücksichtigen größenabhängige Stoffdaten für die Oberflächenspannung, den Dampfdruck, die Schmelztemperatur und die Oberflächendiffusion. Mit den Modellen wurden die Keimbildung, die Kondensation, das Oberflächenwachstum, die Koagulation und die Koaleszenz sowie der Partikeltransport durch Konvektion und Diffusion untersucht. In einem Stoßwellenreaktor wurde die Partikelbildung anhand von vorhandenen Eisenatom-Konzentrationsmessungen untersucht. Für das monodisperse Modell wurde ein Keimbildungsmodell mit größenabhängigen Stoffdaten eingeführt, während für das sektionale Modell ein reaktionskinetischer Ansatz verwendet wurde. Beide Modelle verifizieren die Eisenatom-Konzentrations- und Partikelgrößenmessungen im Stoßwellenreaktor. Im wandbeheizten Rohrreaktor lag der Schwerpunkt der Untersuchung auf der räumlichen Verteilung der Partikeleigenschaften. Es wurde der Zusammenhang von Partikeltransport, dem thermischen Zerfall des Precursors und der Partikeldynamik dargestellt. Die Modelle stimmen auch für den wandbeheizten Rohrreaktor gut mit Partikelgrößenmessungen überein.

Magnetometrie an Halbleiter-Nanostrukturen mit wenigen Elektronen

Jan I Springborn

Taschenbuch

Die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente hat in den vergangenen Jahrzehnten zu zahlreichen Anwendungen geführt, die aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken sind. Seit der Erfindung des ersten Transistors im Jahr 1947 [ Bar48] und der Realisierung von integrierten Schaltungen [ Kil59] ist deren Leistungsfähigkeit rasant angestiegen. Im Jahre 1965 stellte Gordon E. Moore die These auf, dass sich die Komplexität der integrierten Schaltkreise jährlich verdoppeln würde [ Moo65]. Dieses " Mooresche Gesetz" hat in leicht abgewandelter Form bis heute Bestand. Möglich wurde diese exponentielle Entwicklung vor allem durch immer kleinere Strukturen. Inzwischen sind die verwendeten Transistoren nur noch einige Nanometer gros und stoßen somit in Bereiche vor, in denen die Quantenmechanik einen dominierenden Einfluss hat. Niedrig-dimensionale Elektronensysteme offenbaren eine Vielzahl neuartiger Phänomene. In dieser Arbeit betrachten wir modulationsdotierte Halbleiter-Systeme mit freien oder quantisierten Leitungsband-Elektronen. In zweidimensionalen Elektronensystemen (2 D E S) treten bei tiefer Temperatur und im hohen Magnetfeld beispielsweise der Quanten-Hall-Effekt [v K80] und der Fraktionale Quanten-Hall-Effekt [ Tsu82] auf. Die Entdeckung dieser fundamental neuartigen Phänomene wurde jeweils mit einem Nobelpreis ausgezeichnet.

Spektroskopische Untersuchungen zur lokalen Struktur von mechanochemisch hergestellten nanokristallinen komplexen Oxiden

Dr. Ingo Bergmann

Taschenbuch

Broschiertes Buch
Ein interessanter Syntheseweg von Nanomaterialien ist die mechanische Behandlung von mikrokristallinen Edukten in hochenergetischen Kugelmühlen. Die entstehenden nanokristallinen Produkte zeigen andere strukturelle und physikalische Eigenschaften als das mikrokristalline Material. In dieser Arbeit wird der Versuch unternommen, einen Zusammenhang zwischen diesen neuen Eigenschaften und der besonderen lokalen Struktur der mechanisch hergestellten komplexen Oxide zu finden. Dazu wurden eine Reihe von spektroskopischen Methoden ( Mössbauer-, N M R- und optische Spektroskopie) in Kombination mit Beugungsmethoden ( Röntgen- und Neutronenbeugung) und bildgebenden Verfahren ( Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie) verwendet. Bei den untersuchten Systemen handelt es sich weitestgehend um Spinelle mit A B2 O4-Struktur ( Mg Al2 O4, Zn Al2 O4, Li0, 5 Al2, 5 O4, Li0, 5 Fe2, 5 O4, Fe Al2 O4, Ni Al2 O4, Mg Fe2 O4, Ni Fe2 O4, Fe2 Ge O4, Zn Sn2 O4) aber auch um Perowskite ( Bi Fe O3), Olivine ( Li Fe P O4), Ilmenit ( Fe Ti O3) und orthorombische Strukturen ( Ca2 Sn O4). Als Beispiel für die veränderten makroskopischen Eigenschaften wurde der Magnetismus einiger magnetischer Nanomaterialien untersucht und im Zusammenhang mit dem Core-Shell-Model für kristalline Nanopartikel erklärt.

Optical Biosensors in a New Design

Stefanie Ahl

Taschenbuch

Broschiertes Buch
Physicochemical experimental techniques combined with the specificity of a biological recognition system have resulted in a variety of new analytical devices known as biosensors. Biosensors are under intensive development worldwide because they have many potential applications, e. g. in the fields of clinical diagnostics, food analysis, and environmental monitoring. Much effort is spent on the development of highly sensitive sensor platforms to study interactions on the molecular scale. In the first part, this thesis focuses on exploiting the biosensing application of nanoporous gold ( N P G) membranes. N P G with randomly distributed nanopores (pore sizes less than 50 nm) will be discussed here. The N P G membrane shows unique plasmonic features, i. e. it supports both propagating and localized surface plasmon resonance modes (p S P R and l-S P R, respectively), both offering sensitive probing of the local refractive index variation on/in N P G. Surface refractive index sensors have an inherent advantage over fluorescence optical biosensors that require a chromophoric group or other luminescence label to transduce the binding event. In the second part, gold/silica composite inverse opals with macroporous structures were investigated with bio- or chemical sensing applications in mind. These samples combined the advantages of a larger available gold surface area with a regular and highly ordered grating structure. The signal of the plasmon was less noisy in these ordered substrate structures compared to the random pore structures of the N P G samples. In the third part of the thesis, surface plasmon resonance ( S P R) spectroscopy was applied to probe the protein-protein interaction of the calcium binding protein centrin with the heterotrimeric G-protein transducin on a newly designed sensor platform. S P R spectroscopy was intended to elucidate how the binding of centrin to transducin is regulated towards understanding centrin functions in photoreceptor cells.

Fabrication and Characterisation of Device Quality ZnO Nanostructures

Augustine Ch Mofor

Taschenbuch

Broschiertes Buch
Since Zn O resurfaced as a very promising semiconductor material for applications in microelectronics, optoelectronics, sensor technology, biomedicine and spin electronics, producing high purity Zn O nanostructures for such applications has rather proven to be challenging. This book first revises the main properties of Zn O as a semiconductor and nanomaterial and also some fabrication techniques for nanostructures. It later concentrates on the development of a vapour transport system for the growth of high quality Zn O nanostructures (mainly nanorods). The book attempts to explain the influence of reactor pressure, growth temperature and growth time on the morphology and quality of Zn O nanorods. While intrinsic (undoped) Zn O nanorods were grown for extensive analysis, transition metal-doped Zn O nanorods were also fabricated and investigated for possible applications in magnetoelectronics/spintronics. Conventional material characterisation methods are also revisited and employed to analyse the crystalline quality, optical, electrical and magnetic properties of Zn O nanorods. Since the book is writtenin an application-oriented fashion, it extends to the fabrication of Zn O nanrorod-based device structures. Here, nano p-n junctions and nano Zn O/ Zn Mg O quantum well structures are also presented. At the end, the reader clearly sees how Zn O nanorods of extremely high crystalline quality can be grown using an unconventional technique.

Schnelle Expansion von überkritischen Lösungen zur Herstellung von organischen Nanopartikeln

Dana Hermsdorf

Taschenbuch

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es Partikel im Nanometerbereich herzustellen. Dazu wurde eine neuartige R E S S-Apparatur aufgebaut, mit der schwerflüchtige Substanzen mikronisiert werden können Insbesondere die gepulste Expansion ermöglicht erstmals auch Expansionen ins Vakuum. Mit dieser Apparatur sollten Substanzen untersucht werden, die eine Rolle in der Atmosphäre, interstellaren Stäuben und in der pharmazeutischen Industrie spielen. Dabei werden Scanning Mobility Particle Sizer ( S M P S), 3-Wellenlängenextinktionmessung (3-W E M) und Rasterelektronenmikroskopie ( R E M) zur Bestimmung der Partikelgröße und- form und F T I R-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie zur Bestimmung der Struktur und chemischen Zusammensetzung verwendet. Ein weiteres wichtiges Ziel war es, den eigentlichen Partikelbildungsprozess besser zu verstehen. Dieser wurde bisher nur theoretisch untersucht. Experimentelle Arbeiten fehlten vollständig. Mit der hier vorgestellten Apparatur können in situ Messungen mit F T I R-Spektroskopie und 3-W E M in der Expansion durchgeführt werden. Zusammen mit dem Vakuumsystem und der beweglichen Düse kann damit sowohl im Überschall- als auch im Unterschallbereich der Expansion und damit im Bereich der Partikelbildung gemessen werden. Dazu werden zuerst Messungen von dem reinen Lösungsmittel C O2 und dann zusammen mit dem in sc C O2 gelösten Feststoff im Bereich der Überschallexpansion durchgeführt. Für diese Untersuchungen werden Adamantan und Nonadekan als Festsubstanzen verwendet, da diese sehr gute Löslichkeiten in sc C O2 besitzen. Um Partikel in der Atmosphäre und im Weltall auf Eigenschaften wie Partikelgröße oder Teilchenkonzentration zu untersuchen sind optischen Daten notwendig. Diese werden in Datenbanken tabelliert. Substanzen, die in der Atmosphäre bzw. in interstellaren Stäuben vorkommen, sind z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe wie Phenanthren oder Biphenyl.