Pulverdiffraktometer-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Pulverdiffraktometer-System ist wie im Antrag dargestellt für verschiedene Fragestellungen im Themenkomplex "Identifizierung, Charakterisierung und Strukturaufklärung fester Stoffe" eingesetzt worden. Aus Sicht der Antragsteller bemerkenswert sind die Untersuchungen zu den Verbindungen CrB4 und MnB4 . Die Existenz dieser Boride wurde bereits vor vierzig Jahren kurz beschrieben, ohne dass die Strukturen eindeutig bestimmt werden konnten. Für diese Substanzen, deren Strukturen auch vom hypothetischen, superharten, tetragonalen Diamant abgeleitet werden, wurden in der Literatur verschiedene interessante physikalische Eigenschaften vorhergesagt. Mit Hilfe der Kombination mehrerer Methoden, so auch der hochauflösenden Pulverdiffraktometrie, gelang es jetzt, wichtige strukturelle Details zu klären. In beiden Fällen war die tatsächliche Symmetrie niedriger als angenommen. Kleine Reflexe im Pulverdiffraktogramm belegten dies. Für MnB4 wurden kurze und lange Mn-Mn-Abstände gefunden, was als Peierls- Verzerrung und Mn-Mn-Bindungsbildung gedeutet wurde. Noch nicht veröffentlicht ist die Beobachtung, dass HT-pulverdiffraktometrische Aufnahmen zeigen, wie sich Peierls-verzerrtes MnB4 in den höhersymmetrischen Strukturtyp des CrB4 mit äquidistanter Metallatom-Anordnung umwandelt. Ebenfalls mit Pulverdiffraktometrie untersucht wurde das Verhalten verschiedener anderer fester Stoffe bei tiefer und hoher Temperatur, so zum Beispiel die Phasenumwandlungen von La2-xSExCuO4. Motivation hierfür waren Substitutionsversuche an T'-La2CuO4. In Abhängigkeit vom Substituenten verschiebt sich die Phasenumwandlungstemperatur T-T', wie pulverdiffraktometrisch gezeigt wurde. Von uns auf neuem Syntheseweg hergestellte Volumenmaterialien wurden mit dünnen Schichten, die vom Mitantragsteller hergestellt wurden und die gleiche Zusammensetzung aufwiesen, bezüglich des Auftretens von Supraleitfähigkeit analysiert . In diesem Zusammenhang wurde auch die Kristallstruktur temperaturabhängig mittels Pulverdiffraktometrie analysiert und es konnte eine bislang nicht belegte HT-Modifikation nachgewiesen werden . Die verschiedenen Modifikationen wurden bezüglich ihrer Stabilität verglichen und die Besetzung der als für das Auftreten von Supraleitung essentiell angesehenen Sauerstoffatom-Position wurde auf Basis pulverdiffraktometrischer Daten (Röntgen-/Neutronenstrahlung) diskutiert. Nanoskalige Boride (FeB, Ni3B, Co2B) wurden amorph gefällt und dann auf strukturelle Umwandlungen und Kristallisation bei Temperaturbehandlung geprüft. Aufwendige röntgenpulverdiffraktometrische Strukturuntersuchungen wurden durch Röntgenabsorptionsspektroskopie und Elektronenmikroskopie ergänzt, darüber hinaus wurde die Teilchengrößenverteilung aus Röntgenpulverdaten mit der durch Dynamische Lichtstreuung und Elektronenmikroskopie verglichen. Da solche Nanoboride hochreaktiv sind, wenn man ihre Oberflächen nicht schützt, wurden mittels Phagendisplay Peptide ermittelt, die boridspezifisch an die Nanoteilchen binden und diese schützen. Thermographische Phosphore für die Messung von Temperaturen bei Verbrennungsprozessen wurden synthetisiert und pulverdiffraktometrisch charakterisiert. Diese Leuchtstoffe eignen sich beispielsweise zur Temperaturmessung auf Zylinderköpfen. Sie konnten auch durch Sputtern als dünne Filme auf verschiedene Substrate aufgebracht werden. Insbesondere für Thermoelektrika, die für den Mittel- und Hochtemperaturbereich synthetisiert wurden, war es wichtig, mögliche strukturelle Änderungen und auch Reaktionen bei hohen Temperaturen zu analysieren. Diese Arbeiten sind überwiegend noch nicht publiziert, aber eine Arbeit zur strukturellen und thermoelektrischen Charakterisierung von ErB2 bei hohen Temperaturen kann als Beispiel dienen. In Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen wurden zahlreiche andere Forschungsfragen bearbeitet, z.B. zu Substanzklassen, die Anwendung als Katalysatoren, magnetische Festkörper oder Verbundmaterialien finden. Die kristallinen Bestandteile von Ökobetonen wurden analysiert. Phasenanteile in Proben, die als Hauptprodukt Pigmente enthielten, wurden semi-quantitativ bestimmt. Erstmals konnte phasenreines Ce2O3 in Pulverform hergestellt und in seiner Mischkristallreihe mit La2O3 pulverdiffraktometrisch untersucht werden. Neutronenbeugungsuntersuchungen an Boriden wurden durch röntgenpulverdiffraktometrische Messungen ergänzt und überprüft, zum Teil in simultanen Verfeinerungen. Die (anisotrope) thermische Expansion ausgewählter Borate wurde mit Kooperationspartnern an Einkristallen und Pulvern vermessen. In eine methodische und eine wissenschaftliche Arbeit von allgemeinerem Charakter flossen außerdem wesentliche Erkenntnisse aus der Pulverdiffraktometrie ein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Wet-chemical synthesis of nanoscale iron boride, XAFS analysis and
crystallisation to α-FeB*. ChemPhysChem, Vol. 12. 2011, Issue 9, pp. 1756-1760.
S. Rades, A. Kornowski, H. Weller, B. Albert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cphc.201001072) - Diffraction Methods: Structure Determination and Phase Analysis of Solids. In: Methods in Physical Chemistry, 1, hrsg. P.C. Schmidt, R. Schäfer, Chapter 8. 2012. pp. 271-293.
B. Albert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/9783527636839.ch8) - Neutron diffraction and observation of superconductivity for Tungsten borides, WB and W2B4. Solid State Sciences, Vol. 14. 2012, Issues 11–12, pp. 1656-1659.
M. Kayhan, E. Hildebrandt, M. Frotscher, A. Senyshyn, K. Hofmann, L. Alff, B. Albert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2012.05.036) - Neutron Diffraction at Metal Borides, Ru2B3 and Os2B3. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 638. 2012, Issue12‐13 (Special Issue: Dedicated to Professor Rudolf Hoppe on the Occasion of His 90th Birthday), pp. 2078-2080.
M. Frotscher, A. Senyshyn, B. Albert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/zaac.201200350) - Erbium boride composites with high ZT values at 800 K. MRS Online Proceedings Library Archive, Volume 1490. 2013, pp. 41-44.
F. Stober, B. Albert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1557/opl.2013.400) - Oxygen stoichiometry of low-temperature synthesized metastable T'-
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R. Hord, G. Pascua, K. Hofmann, G. Cordier, J. Kurian, H. Luetkens, V. Pomjakushin, M. Reehuis, B. Albert, L. Alff
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0953-2048/26/10/105026) - Possible Superhardness of CrB4. Inorganic Chemistry, Vol. 52. 2013, Issue 2, pp. 540–542.
A. Knappschneider, C. Litterscheid, D. Dzivenko, J. A. Kurzman, R. Seshadri, N. Wagner, J. Beck, R. Riedel, B. Albert
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/ic3020404) - Analyzing Ammonia Bridges – and more about Bonding in Boronrich
Solids. CHIMIA International Journal for Chemistry, Volume 68, Number 5, May 2014, pp. 321-324.
B. Albert, K. Hofmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.2533/chimia.2014.321) - Anhydrous lithium borate, Li3B11O18, crystal structure, phase
transition and thermal Expansion. Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, Band 229. 2014, Heft 7, S. 497-504.
N. Sennova, B. Albert, R. Bubnova, M. Krzhizhanovskaya, S. Filatov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/zkri-2014-1754) - Cylinder head temperature determination using high-speed phosphor thermometry in a fired internal combustion engine.
Applied Physics B, Vol. 116. 2014, Issue 2, pp. 293–303,
N. Fuhrmann, C. Litterscheid, C.-P. Ding, J. Brübach, B. Albert, A. Dreizler
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/s00340-013-5690-0)
