In situ-Röntgenstreuuntersuchungen von Wachstum an Grenzflächen zwischen flüssigen Metallen und Elektrolytlösungen

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Magnussen
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266661790

Wachstumsprozesse an flüssig-flüssig Grenzflächen sind gegenwärtig von substantiellem Interesse in der Materialsynthese. Solche fluiden Grenzflächen stellen ein weiches, defektfreies Substrat dar und erlauben die Präparation einer großen Vielfalt von Nanomaterialien. Ein detailliertes Verständnis der Phasenbildungsprozesse an diesen Grenzflächen wird durch das Fehlen von Daten zur Grenzflächenstruktur auf der atomaren Skala und zum mikroskopischen Ablauf der zugrundeliegenden Wachstumsmechanismen erschwert. Für den Fall des elektrochemisch kontrollierten Wachstums an Grenzflächen zwischen flüssigen Metallen (Quecksilber, Gallium) und wässrigen Elektrolytlösungen sollen diese in dem beantragten Projekt grundlegend mittels in situ Röntgenstreuuntersuchungen geklärt werden. Erste Daten zum Verlauf solcher Wachstumsprozesse auf atomarem Maßstab, die in unseren Vorarbeiten für PbBrF auf Hg Elektroden erhalten wurden, zeigen ein komplexes Verhalten bei dem sich in den Anfangsstadien zunächst wohldefinierte ultradünne Kristallschichten bilden, die als Templat für die nachfolgende Bildung von 3D Kristallen dienen und somit ein quasi-epitaktisches Wachstum induzieren. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir systematisch die Rolle solcher Phänomene in Abscheideprozessen an Flüssigmetall - Elektrolyt Grenzflächen untersuchen und die zeitliche Entwicklung der Morphologie der abgeschiedenen Schichten in Abhängigkeit vom angelegten Potential verfolgen. Zum einen sollen Untersuchungen des Wachstums ionischer Verbindungen beispielhaft für Bleihalogenide durchgeführt werden. Hier soll vor allem die Struktur der anfänglichen ultradünnen Schichten als Funktion der Halogenidspezies und des Flüssigmetallsubstrats und deren Einfluss auf das Kristallwachstum geklärt werden. Zum anderen soll das Wachstum des Halbleiters Germanium untersucht werden, der mittels sogenannter flüssig-flüssig-fest Abscheidung an diesen Grenzflächen abgeschieden werden kann, ein neuartiger, technologisch interessanter Prozess. Von besonderer Bedeutung ist hier die Klärung der Grenzflächenstruktur, der Anfangsstadien des Wachstums und der zeitabhängigen Morphologie des abgeschiedenen Films. Als Teil dieser Untersuchungen werden wir die atomare Struktur der Gallium - Elektrolyt Grenzfläche bestimmen, speziell der potential- und temperaturabhängigen Schichtung des Metalls im oberflächennahen Bereich, welches in sich selbst ein wichtiges Thema darstellt. Zusätzlich werden diese Experimente dazu beitragen, Röntgenstreumethoden als Werkzeug für operando Untersuchungen von Wachstum an flüssig-flüssig Grenzflächen weiterzuentwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Privatdozentin Dr. Bridget Murphy