In-situ-Untersuchung diffusionskontrollierter Phasenbildung und des Kornwachstums in funktionellen Heusler/Perowskit-Materialien unter Verwendung multimodaler Synchrotron-basierter Techniken

• Antragstellerinnen: Ana Guilherme Buzanich, Ph.D.; Dr. Sabine Wurmehl
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516426808

Die Synthese eines Materials mit spezifischen Eigenschaften erfordert häufig einen diffusionskontrollierten Prozess im Festkörper bei erhöhten Temperaturen. Der Diffusionsprozess ermöglicht dabei die Bildung einer bestimmten Phase mit einer definierten Zusammensetzung oder eines Materials mit einer bestimmten strukturellen Ordnung oder befördert das Kornwachstums. Die Charakterisierung der Produkte eines solchen Diffusionsprozesses erfolgt normalerweise unter Umgebungsbedingungen ex situ. Ist der Syntheseweg von Proben oder Kristallen noch unbekannt, wird die Untersuchung der Syntheseparameter eine iterative Trial-and-Error-Schleife. Hier setzt unser Projekt an, da es auf die direkte in-situ-Überwachung der Diffusionsprozesse bei der Synthese und dem Wachstum anorganischer Funktionsmaterialien setzt. Die dadurch erreichte Umgehung iterativer Trial-and-Error-Experimente zur Synthese von Mehrkomponentensystemen stellt eine deshalb eine Innovation dar. Folglich wird unsere Studie wertvolle Ressourcen effizient einsparen und möglicherweise sogar die Entdeckung neuer Materialien beschleunigen. Dazu verfolgt dieses Projekt zwei Richtungen: (1) In-situ-Überwachung der Phasenbildung und des Kornwachstums komplexer Mehrkomponentenmaterialien bei erhöhter Temperatur mit Synchrotron-basierten Techniken; (2) die Implementierung eines multimodalen analytischen Ansatzes mit optimierter „Machine Learning“-gestützter Dateninterpretation. Wir werden uns auf funktionelle anorganische Materialien mit starken Eigenschaftsbeziehungen konzentrieren, nämlich intermetallische Heusler-Legierungen und oxidische Doppelperowskite, beide mit hoher Spinpolarisation. Wir verwenden diese als Modellsysteme, um Ordnungsstörungsphänomene und das Wachstum ihrer Nanopartikel (NPs) in Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) zu untersuchen. Die Kombination der Expertise zwischen Chemie, Physik und Materialwissenschaften, die von den Antragstellerinnen Dr. Ana Guilherme Buzanich (BAM) und Dr. Sabine Wurmehl (IFW) bereitgestellt wird, wird dazu beitragen, das Projekt durch vielfältige wissenschaftliche Perspektiven und Fähigkeiten zum Erfolg zu führen. Das Projekt bietet zwei sehr attraktive Doktorandenprojekte, da es Chemie an der Spitze der Syntheseentwicklung und hochwertige multimodale Analysetechniken kombiniert, die den beiden Doktoranden ein breites Wissen über interdisziplinäre Methodiken vermitteln werden. Unsere Ergebnisse werden Forschern aus der gesamten physikalischen Materialwissenschaft zur Verfügung stehen, die sofort auf Katalyse, energiebezogene Materialien und andere funktionale Materialien angewendet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen