Synthese und polaritätsgesteuerte Anordnung von ZnO Kristalliten

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg J. Schneider
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317535380

Das beantragte Projekt beschäftigt sich mit der Herstellung von Zinkoxid Nanokristalliten die enstprechend ihrer Polarität ausgerichtet, aus Lösung möglichst anisotrop abgeschieden werden sollen. In der Folge sollen die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser geordnet abgeschiedenen ZnO-Mikrokristallite untersucht werden. Ziel dieser Untersuchungen ist es eine anisotrope Mikrostruktur der angeordneten Kristallite zu erzeugen, die es ermöglicht deren Polarisationsverhalten under kompressiven Druckverhältnissen zu untersuchen. Dadurch soll ein Verständnis der Abhängigkeit der Ladungstransporteigenschaften entlang der Korngrenzen der ZnO-Kristallite erhalten werden. Diese sind entscheidend für das piezoelektrische Verhalten von ZnO unter mechanischer, kompressiver Druckbelastung. Für die Abscheidung der Kristallite sollen verschiedene synthetische Methoden eingesetzt werden. Dadurch soll erreicht, dass sowohl meso- als auch mikrokristalline Zinkoxid Partikel jedoch selektiv jeweils in möglichst gleichmässiger Größenverteilung zugänglich werden. Für die anfolgende Anordnung der Krisatllite stehen drei unterschiedliche Methodiken zur Auswahl: (a) die Abscheidung durch eine elektrisches Feld, (b) die Abscheidung durch oberflächeninduzierte Kapillareffekte (konvektive Selbstanordnung) und (c) die Monolagenschichtabscheidung von ZnO Kristalliten unter Nutzung von unterschiedlich polarisierten Polyelektrolyten. Dabei ist (a) die elektrophoretische Abscheidung freistehender Schichten piezoelektrischer Materialien im Bereich von Mikro- bis Millimetern beschrieben, allerdings bislang nicht für Zinkoxid. Möglichst monodisperse Zinkoxid Kristallite sollen (b) durch konvektive Selbstanordnung in polarisationsorientierten Schichtstrukturen abgeschieden werden. Mittels alternierender chemischer Badabscheidung soll schliesslich (c) die Abscheidung von Schichten aus Zinkoxid und Polyelektrolyt untersucht werden. Das Herausarbeiten des optimierten synthetischen Zugangs sowie der bestmöglichen Abscheidungsmethodik wird letztlich entscheidend sein für das Gelingen der polaritätsgesteuerten ZnO-Abscheidung, die das gewünschte elektro-mechanische Verhalten in den ZnO-Schichten erzeugt. Innerhalb des Projektes gibt es eine intensive Kollaboration mit allen Projektpartnern in Hinblick auf die Beantwortung der zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen: Wie beeinflusst die chemische Zusammensetzung, die Partikel Orientierung und die dadurch erzeugte elektronische Struktur der Grenzflächen der ZnO-Kristallite die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der mechanischen Last (Spannung)? Die Hierachie der in diesem Projekt u.a. herzustellenden und anzuordnenden ZnO Kristalle liegt im meso- und mikrostrukturierten Bereich und ergänzt damit in idealerweise die Studien zu den mechano-elektrischen Eigenschaften makroskopischer Zinkoxid-Bikristall-Orientierungen im Rödel/Kleebe Projekt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen