Studien an in-situ Daten der totalen Streufunktion: Bildungsmechanismen von ternären multiferroischen Bismutferraten

• Antragstellerin: Dr. Andrea Kirsch
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429360100

Funktionale nanoskalige Materialien werden häufig durch Hydrothermal- / Solvothermal- oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt, da diese Methoden eine präzise Kontrolle der Partikel- /Kristallitgröße, Kristallinität und Morphologie ermöglichen. Gelingt es diese Synthesewege im Detail zu verstehen, wird es die Materialwissenschaft einen wichtigen Schritt in die Richtung "Materialien nach Design" bringen. Von entscheidender Bedeutung ist in diesem Zusammenhang das detaillierte Verständnis der vollständigen Bildungsmechanismen von Präkursoren in Lösung, über die Bildung von Nanobausteinen, bis hin zu den vollständig kristallisierten Strukturen. Die Kristallbildung kann in situ durch Röntgenbeugungstechniken mit nachfolgenden Modellrechnungen beobachtet und beschrieben werden. Während der Synthese können atomistische Informationen über die strukturellen Veränderungen mit einer Zeitauflösung im Sekundenbereich oder weniger erhalten werden, wenn Streuungsdaten an einem Synchrotron mit hoher Brillanz aufgenommen werden. Durch die Kombination der Rietveld-Methode und der Paarverteilungsfunktionsanalyse (PDF) können detaillierte Informationen sowohl über die Fernordnung als auch die Nahordnung der Atome aus den Bragg-Reflexen bzw. den breiten, weniger ausgeprägten Signalen eines Röntgendiffraktogramms gewonnen werden. Im Rahmen dieses Projektes werden die Bildungsmechanismen des ternären Bismutferrates Bi2Fe4O9 detailliert untersucht. Es soll geklärt werden, wie unterschiedliche Syntheseparameter (z. B. pH-Wert und Art des Komplexbildners) die Kristallisationswege und –kinetiken von der Keimbildung an verändern und wie sich die Struktur generell aus den Nanobausteinen aufbaut. Darüber hinaus werden die Bildungsmechanismen von isostrukturellem Bi2Ga4O9 und Bi2Al4O9 sowie dem eng verwandtem Bi2Mn4O10 untersucht und mit dem von Bi2Fe4O9 verglichen. Dies wird die Frage klären, ob sich diese für verschiedene chemische Spezies bei der Synthese von funktionalen nanostrukturierten Materialien grundlegend unterscheiden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeberin: Dr. Kirsten Marie Jensen