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Pulverdiffraktometer-System

Subject Area Physical Chemistry
Term Funded in 2010
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 184779507
 
Final Report Year 2014

Final Report Abstract

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.

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