Structure-property relationships of disordered solfosalt-like multinary (Ag,Cu)-(Pb,Sn)-(Sb,Bi) chalcogenides

• Applicant: Professor Dr. Oliver Oeckler
• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2013 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 236935515

Aufbauend auf der Kristallchemie komplexer Chalkogenide, teilweise inspiriert von natürlichen Sulfosalzen, sollen die Synthese und das Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen neuer Verbindungen im System (Pb,Ag)-(Sb,Bi)-(S,Se,Te) zu Materialien mit viel versprechenden (thermo-)elektrischen Eigenschaften führen. Dabei lassen insbesondere metastabile Phasen, wie sie z. B. durch Abschrecken und gezielte thermische Behandlung erhalten werden, Realstruktureffekte auf verschiedenen Längenskalen erwarten. Deren Eigenschaften werden durch Substitution, sowohl im Sinne einer Dotierung als auch partieller oder vollständiger Mischkristallbildung, sowie Metallatomausordnung und damit verbundene Domänenbildung beeinflusst. Durch kinetisch kontrollierte, unvollständig ablaufende Phasenumwandlungen bzw. -separationen soll auf einfache Weise Bulkmaterial mit komplexen (möglichst hierarchischen) Nanostrukturen erhalten werden.Ausgehend von Verbindungen im System PbS/Bi2S3/Sb2S3 sind über konventionelle Festkörpersynthesen oder chemische Transportreaktionen bzw. Sublimation auch halogenhaltige Phasen zu erwarten, die erstmals auch mit Brom synthetisiert werden. Metallatomausordnung, Blockfehlordnung und nanoskalig heterogene Systeme bieten eine breites Spektrum von Strukturen und Eigenschaften. Die heterovalente Substitution 2Pb2+ --> Ag+ + Bi3+ erlaubt weitere Varianten. Durch Einbau von Selen und/oder Tellur sollen ferner komplexe Strukturen mit einer Kombination aus ketten- und schichtartigen Bausteinen erhalten werden; insbesondere Strukturwechsel in den Systemen Pb2Bi2(S,Se)5 oder Pb2(Sb,Bi)2Se5 liefern Ausgangspunkte für metastabile Mischphasen, während in entsprechenden Telluriden eine stärkere Tendenz zu Schichtverbindungen besteht und der Metallcharakter ausgeprägter ist.Die Transmissionselektronenmikroskopie und Elektronenbeugung zur Aufklärung der Realstrukturen bilden methodisch einen Schwerpunkt des Projekts, der die Grundlage für das Verständnis der Eigenschaften liefert. Sie dient in Kombination mit Röntgenspektroskopie (EDX) auch dem Auffinden neuer Phasen in komplizierten Gemengen, die dann mittels Synchrotronstrahl-Mikrofokusbeugung präzise strukturell aufgeklärt werden sollen. Dabei kommt auch resonante Beugung zum Einsatz, um Elemente ähnlicher Ordnungszahl zu unterscheiden. Die Auswirkung von substitutionsbedingten Strukturumwandlungen, Ordnungseffekten und sich veränderndem metallischen Bindungsanteil auf (thermo-)elektrische Eigenschaften wird durch Bestimmung der Ladungsträgerdichte, der Bandlücke, des Seebeck-Koeffizienten sowie der elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten untersucht.

• DFG Programme: Research Grants