TY  - THES
A1  - Schulze, Nicole
T1  - Neue Templatphasen zur anisotropen Goldnanopartikelherstellung durch den Einsatz strukturbildender Polymere
T1  - New template phases for anisotropic gold nanoparticle production
through the use of structure-forming polymers
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von anisotropen Goldnanopartikeln in einer geeigneten Polyelektrolyt-modifizierten Templatphase. Der Mittelpunkt bildet dabei die Auswahl einer geeigneten Templatphase, zur Synthese von einheitlichen und reproduzierbaren anisotropen Goldnanopartikeln mit den daraus resultierenden besonderen Eigenschaften. Bei der Synthese der anisotropen Goldnanopartikeln lag der Fokus in der Verwendung von Vesikeln als Templatphase, wobei hier der Einfluss unterschiedlicher strukturbildender Polymere (stark alternierende Maleamid-Copolymere PalH, PalPh, PalPhCarb und PalPhBisCarb mit verschiedener Konformation) und Tenside (SDS, AOT – anionische Tenside) bei verschiedenen Synthese- und Abtrennungsbedingungen untersucht werden sollte.
Im ersten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass PalPhBisCarb bei einem pH-Wert von 9 die Bedingungen eines Röhrenbildners für eine morphologische Transformation von einer vesikulären Phase in eine röhrenförmige Netzwerkstruktur erfüllt und somit als Templatphase zur formgesteuerten Bildung von Nanopartikeln genutzt werden kann.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde dargelegt, dass die Templatphase PalPhBisCarb (pH-Wert von 9, Konzentration von 0,01 wt.%) mit AOT als Tensid und PL90G als Phospholipid (im Verhältnis 1:1) die effektivste Wahl einer Templatphase für die Bildung von anisotropen Strukturen in einem einstufigen Prozess darstellt. Bei einer konstanten Synthesetemperatur von 45 °C wurden die besten Ergebnisse bei einer Goldchloridkonzentration von 2 mM, einem Gold-Templat-Verhältnis von 3:1 und einer Synthesezeit von 30 Minuten erzielt. Ausbeute an anisotropen Strukturen lag bei 52 % (Anteil an dreieckigen Nanoplättchen von 19 %). Durch Erhöhung der Synthesetemperatur konnte die Ausbeute auf 56 % (29 %) erhöht werden. 
Im dritten Teil konnte durch zeitabhängige Untersuchungen gezeigt werden, dass bei Vorhandensein von PalPhBisCarb die Bildung der energetisch nicht bevorzugten Plättchen-Strukturen bei Raumtemperatur initiiert wird und bei 45 °C ein Optimum annimmt.  
Kintetische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bildung dreieckiger Nanoplättchen bei schrittweiser Zugabe der Goldchlorid-Präkursorlösung zur PalPhBisCarb enthaltenden Templatphase durch die Dosierrate der vesikulären Templatphase gesteuert werden kann. In umgekehrter Weise findet bei Zugabe der Templatphase zur Goldchlorid-Präkursorlösung bei 45 °C ein ähnlicher, kinetisch gesteuerter Prozess der Bildung von Nanodreiecken statt mit einer maximalen Ausbeute dreieckigen Nanoplättchen von 29 %. 
Im letzten Kapitel erfolgten erste Versuche zur Abtrennung dreieckiger Nanoplättchen von den übrigen Geometrien der gemischten Nanopartikellösung mittels tensidinduzierter Verarmungsfällung. Bei Verwendung von AOT mit einer Konzentration von 0,015 M wurde eine Ausbeute an Nanoplättchen von 99 %, wovon 72 % dreieckiger Geometrien hatten, erreicht.
N2  - The aim of the present work was the synthesis and characterization of anisotropic gold nanoparticles in a suitable polyelectrolyte-modified template phase. The focus was on the selection of a suitable template phase for the synthesis of uniform and reproducible anisotropic gold nanoparticles with the resulting special properties. In the synthesis of the anisotropic gold nanoparticles, the focus was on the use of vesicles as a template phase. Here, the influence of different structure-forming polymers (strongly alternating maleimide copolymers PalH, PalPh, PalPhCarb and PalPhBisCarb with different conformations) and surfactants (SDS, AOT - anionic surfactants) should be studied at various synthesis and separation conditions.
In the first part of the work, it could be shown that PalPhBisCarb at pH 9 meets the requirements of a tubulating agent for a morphological transformation of a vesicular phase into a tubular network structure and thus can be used as a template phase for the shape-controlled formation of nanoparticles.
In the second part of the work, it was shown that the template phase PalPhBisCarb (pH value of 9, concentration of 0.01 wt.%) with AOT as surfactant and PL90G as phospholipid (in the ratio 1:1) is the most effective choice of template phase for the formation of anisotropic structures in a one-step process. At a constant synthesis temperature of 45 °C, the best results were achieved with a gold chloride concentration of 2 mM, a gold-template ratio of 3:1 and a synthesis time of 30 minutes. The yield of anisotropic structures was 52% (triangular nanoplatelet content of 19%). By increasing the synthesis temperature, the yield could be increased to 56% (29%).
In the third part, it was shown by time-dependent investigations that in the presence of PalPhBisCarb, the formation of the not energetically preferred platelet structures is initiated at room temperature and assumes an optimum at 45 °C.
Kinetical studies have shown that the formation of triangular nanosheets can be controlled by the dosing rate of the vesicular template phase when the gold chloride precursor solution is gradually added to the PalPhBisCarb-containing template phase. Conversely, upon addition of the template phase to the gold chloride precursor solution at 45 °C, a similar, kinetically controlled process of formation of nanodimers takes place with a maximum yield of triangular nanoplatelets of 29%.
In the last chapter, initial attempts were made to separate triangular nanoplatelets from the other geometries of the mixed nanoparticle solution by means of surfactant-induced depletion flocculation. When AOT was used at a concentration of 0.015 M, a yield of nanoplatelets of 99%, of which 72% had triangular geometries, was achieved.
KW  - Nanopartikel
KW  - nanoparticle
KW  - Templatphase
KW  - template phase
KW  - Gold
KW  - gold
KW  - anisotrop
KW  - anisotropic
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-409515
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraupner, Alexander
T1  - Neuartige Synthese magnetischer Nanostrukturen: Metallcarbide und Metallnitride der Übergangsmetalle Fe/Co/Ni
T1  - Novel synthesis of magnetic nanostructures: metal carbides and metal nitrides of transition metals Fe/Co/Ni
N2  - Magnetische Nanopartikel bieten ein großes Potential, da sie einerseits die Eigenschaften ihrer Bulk-Materialien besitzen und anderseits, auf Grund ihrer Größe, über komplett unterschiedliche magnetische Eigenschaften verfügen können; Superparamagnetismus ist eine dieser Eigenschaften. Die meisten etablierten Anwendungen magnetischer Nanopartikel basieren heutzutage auf Eisenoxiden. Diese bieten gute magnetische Eigenschaften, sind chemisch relativ stabil, ungiftig und lassen sich auf vielen Synthesewegen relativ einfach herstellen. Die magnetischen Eigenschaften der Eisenoxide sind materialabhängig aber begrenzt, weshalb nach anderen Verbindungen mit besseren Eigenschaften gesucht werden muss. Eisencarbid (Fe3C) kann eine dieser Verbindungen sein. Dieses besitzt vergleichbare positive Eigenschaften wie Eisenoxid, jedoch viel bessere magnetische Eigenschaften, speziell eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Bis jetzt wurde Fe3C hauptsächlich in Gasphasenabscheidungsprozessen synthetisiert oder als Nebenprodukt bei der Synthese von Kohlenstoffstrukturen gefunden. Eine Methode, mit der gezielt Fe3C-Nanopartikel und andere Metallcarbide synthetisiert werden können, ist die „Harnstoff-Glas-Route“. Neben den Metallcarbiden können mit dieser Methode auch die entsprechenden Metallnitride synthetisiert werden, was die breite Anwendbarkeit der Methode unterstreicht. Die „Harnstoff-Glas-Route“ ist eine Kombination eines Sol-Gel-Prozesses mit einer anschließenden carbothermalen Reduktion/Nitridierung bei höheren Temperaturen. Sie bietet den Vorteil einer einfachen und schnellen Synthese verschiedener Metallcarbide/nitride. Der Schwerpunkt in dieser Arbeit lag auf der Synthese von Eisencarbiden/nitriden, aber auch Nickel und Kobalt wurden betrachtet. Durch die Variation der Syntheseparameter konnten verschiedene Eisencarbid/nitrid Nanostrukturen synthetisiert werden. Fe3C-Nanopartikel im Größenbereich von d = 5 – 10 nm konnten, durch die Verwendung von Eisenchlorid, hergestellt werden. Die Nanopartikel weisen durch ihre geringe Größe superparamagnetische Eigenschaften auf und besitzen, im Vergleich zu Eisenoxid Nanopartikeln im gleichen Größenbereich, eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Diese konnten in fortführenden Experimenten erfolgreich in ionischen Flüssigkeiten und durch ein Polymer-Coating, im wässrigen Medium, dispergiert werden. Desweiteren wurde durch ein Templatieren mit kolloidalem Silika eine mesoporöse Fe3C-Nanostruktur hergestellt. Diese konnte erfolgreich in der katalytischen Spaltung von Ammoniak getestet werden. Mit der Verwendung von Eisenacetylacetonat konnten neben Fe3C-Nanopartikeln, nur durch Variation der Reaktionsparameter, auch Fe7C3- und Fe3N-Nanopartikel synthetisiert werden. Speziell für die Fe3C-Nanopartikel konnte die Sättigungsmagnetisierung, im Vergleich zu den mit Eisenchlorid synthetisierten Nanopartikeln, nochmals erhöht werden. Versuche mit Nickelacetat führten zu Nickelnitrid (Ni3N) Nanokristallen. Eine zusätzliche metallische Nickelphase führte zu einer Selbstorganisation der Partikel in Scheiben-ähnliche Überstrukturen. Mittels Kobaltacetat konnten, in Sphären aggregierte, metallische Kobalt Nanopartikel synthetisiert werden. Kobaltcarbid/nitrid war mit den gegebenen Syntheseparametern nicht zugänglich.
N2  - Magnetic nanoparticles offer a great potential, because they exhibit on the one hand the properties of their bulk materials and on the other hand, because of their size, completely different magnetic properties. The most established applications of magnetic nanoparticles are based on iron oxide. These oxides have good magnetic properties, they are chemical relatively stable, non toxic and easy to prepare. But the magnetic properties are limited. Therefore, we need new materials with improved magnetic properties. Iron carbide (Fe3C) could be one of these materials. Up to now, Fe3C was mainly synthesized in chemical vapor deposition processes (CVD) or was found as side product in the synthesis of carbon structures. A method for the systematical synthesis of metal carbides is the “Urea-Glass-Route”. In addition to the synthesis of metal carbides, this method allows to synthesize metal nitrides, which shows the broad practicability. The “Urea-Glass-Route” is a combination of a sol-gel process with following carbothermal reduction/nitridation at higher temperatures. The method is fast and simple and it is possible to synthesis different metal carbides/nitrides. The main topic of this work is the synthesis of iron carbide/nitride, but also cobalt and nickel is examined. By varying the synthesis parameters, different iron carbide/nitride nanostructures could be synthesized. With the use of iron chloride, Fe3C nanoparticles, in the size range of d = 5 – 10 nm, could be produced. Because of their small size, the particles show superparamagnetism and compared to iron oxide particles (in the same size range) a higher saturation magnetization. In following experiments, the particles could be successfully dispersed in an ionic liquid and with a polymer coating in aqueous medium. Furthermore, via templating with colloidal silica a mesoporous Fe3C structure could be synthesized. The material could be successfully tested in the catalytic ammonia decomposition. By changing the iron source to iron acetylacetonate, Fe7C3 and Fe3N nanoparticles, in addition to Fe3C, could be also synthesized. With nickel acetate it was possible to synthesize nickel nitride (Ni3N) nano crystals. An additional metallic nickel phase in the sample leads to a self organization to disk-like superlattice. Via cobalt acetate, in spheres aggregated, metallic cobalt nanoparticles could be synthesized. Cobalt carbide or nitride was not accessible under these synthesis parameters.
KW  - Carbide
KW  - Nitride
KW  - Eisen
KW  - Magnetismus
KW  - Nanopartikel
KW  - carbides
KW  - nitrides
KW  - iron
KW  - magnetism
KW  - nanoparticles
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52314
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haase, Martin F.
T1  - Modification of nanoparticle surfaces for emulsion stabilization and encapsulation of active molecules for anti-corrosive coatings
T1  - Nanopartikel Oberflächenmodifikationen zur Emulsionsstabilisierung und Verkapselung von Wirkstoffen für Antikorrosionsbeschichtungen
N2  - Within this work, three physicochemical methods for the hydrophobization of initially hydrophilic solid particles are investigated. The modified particles are then used for the stabilization of oil-in-water (o/w) emulsions. For all introduced methods electrostatic interactions between strongly or weakly charged groups in the system are es-sential. (i) Short chain alkylammonium bromides (C4 – C12) adsorb on oppositely charged solid particles. Macroscopic contact angle measurements of water droplets under air and hexane on flat silica surfaces in dependency of the surface charge density and alkylchain-length allow the calculation of the surface energy and give insights into the emulsification properties of solid particles modified with alkyltrimethylammonium bromides. The measure-ments show an increase of the contact angle with increasing surface charge density, due to the enhanced adsorp-tion of the oppositely charged alkylammonium bromides. Contact angles are higher for longer alkylchain lengths. The surface energy calculations show that in particular the surface-hexane or surface-air interfacial en-ergy is being lowered upon alkylammonium adsorption, while a significant increase of the surface-water interfa-cial energy occurs only at long alkyl chain lengths and high surface charge densities. (ii) The thickness and the charge density of an adsorbed weak polyelectrolyte layer (e.g. PMAA, PAH) influence the wettability of nanoparticles (e.g. alumina, silica, see Scheme 1(b)). Furthermore, the isoelectric point and the pH range of colloidal stability of particle-polyelectrolyte composites depend on the thickness of the weak polye-lectrolyte layer. Silica nanoparticles with adsorbed PAH and alumina nanoparticles with adsorbed PMAA be-come interfacially active and thus able to stabilize o/w emulsions when the degree of dissociation of the polye-lectrolyte layer is below 80 %. The average droplet size after emulsification of dodecane in water depends on the thickness and the degree of dissociation of the adsorbed PE-layer. The visualization of the particle-stabilized o/w emulsions by cryogenic SEM shows that for colloidally stable alumina-PMAA composites the oil-water interface is covered with a closely packed monolayer of particles, while for the colloidally unstable case closely packed aggregated particles deposit on the interface. (iii) By emulsifying a mixture of the corrosion inhibitor 8-hydroxyquinoline (8-HQ) and styrene with silica nanoparticles a highly stable o/w emulsion can be obtained in a narrow pH window. The amphoteric character of 8-HQ enables a pH dependent electrostatic interaction with silica nanoparticles, which can render them interfa-cially active. Depending on the concentration and the degree of dissociation of 8-HQ the adsorption onto silica results from electrostatic or aromatic interactions between 8-HQ and the particle-surface. At intermediate amounts of adsorbed 8-HQ the oil wettability of the particles becomes sufficient for stabilizing o/w emulsions. Cryogenic SEM visualization shows that the particles arrange then in a closely packed shell consisting of partly of aggregated domains on the droplet interface. For further increasing amounts of adsorbed 8-HQ the oil wet-tability is reduced again and the particles ability to stabilize emulsions decreases. By the addition of hexadecane to the oil phase the size of the droplets can be reduced down to 200 nm by in-creasing the silica mass fraction. Subsequent polymerization produces corrosion inhibitor filled (20 wt-%) poly-styrene-silica composite particles. The measurement of the release of 8-hydroxyquinoline shows a rapid increase of 8-hydroxyquinoline in a stirred aqueous solution indicating the release of the total content in less than 5 min-utes. The method is extended for the encapsulation of other organic corrosion inhibitors. The silica-polymer-inhibitor composite particles are then dispersed in a water based alkyd emulsion, and the dispersion is used to coat flat aluminium substrates. After drying and cross-linking the polmer-film Confocal Laser Scanning Micros-copy is employed revealing a homogeneous distribution of the particles in the film. Electrochemical Impedance Spectroscopy in aqueous electrolyte solutions shows that films with aggregated particle domains degrade with time and don’t provide long-term corrosion protection of the substrate. However, films with highly dispersed particles have high barrier properties for corrosive species. The comparison of films containing silica-polystyrene composite particles with and without 8-hydroxyquinoline shows higher electrochemical impedances when the inhibitor is present in the film. By applying the Scanning Vibrating Electrode Technique the localized corrosion rate in the fractured area of scratched polymer films containing the silica-polymer-inhibitor composite particles is studied. Electrochemical corrosion cannot be suppressed but the rate is lowered when inhibitor filled composite particles are present in the film. By depositing six polyelectrolyte layers on particle stabilized emulsion droplets their surface morphology changes significantly as shown by SEM visualization. When the oil wettability of the outer polyelectrolyte layer increases, the polyelectrolyte coated droplets can act as emulsion stabilizers themselves by attaching onto bigger oil droplets in a closely packed arrangement. In the presence of 3 mM LaCl3 8-HQ hydrophobized silica particles aggregate strongly on the oil-water inter-face. The application of an ultrasonic field can remove two dimensional shell-compartments from the droplet surface, which are then found in the aqueous bulk phase. Their size ranges up to 1/4th of the spherical particle shell.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Oberflächenmodifikationen zur Hydrophobierung von ursprünglich hydrophilen Feststoffpartikeln entwickelt. Die so modifizierten Partikel werden dann zur Stabilisierung von Öl-in-Wasser Emulsionen verwendet. Für sämtliche entwickelte Methoden sind elektrostatische Wechselwirkungen zwischen stark oder schwach dissoziierten chemischen Gruppen essentiell. (i) Kurzkettige Alkyltrimethylammonium Bromide (C4-C12) adsorbieren auf entgegengesetzt geladenen Partikeln. Makroskopische Kontaktwinkelmessungen von Wasser Tropfen in Luft und Hexan auf flachen Siliziumoxid Oberflächen mit variabler Oberflächenladungsdichte und Alkylkettenlänge ermöglichen die Berechnung der Oberflächenenergie und geben Einblicke in die Emulgationseigenschaften von so modifizierten Feststoffpartikeln. Die Messungen zeigen einen Anstieg des Kontakwinkels mit steigender Oberflächenladungsdichte, bedingt durch die verstärkte Adsorption von entgegengesetzt geladenen Alkyltrimethylammonium Bromiden. Die Kontaktwinkel sind zudem größer für längerkettige Alkyltrimethylammonium Bromide. Die Berechnungen der Oberflächenenergie zeigen, dass besonders die Feststoff-Hexan oder Feststoff-Luft Grenzflächenenergie durch die Adsorption verringert wird, wohingegen die Feststoff-Wasser Oberflächenenergie nur bei längeren Alkylkettenlängen und hohen Oberflächenladungsdichten signifikant ansteigt. (ii) Die Schichtdicke und Ladungsdichte von adsorbierten schwachen Polyelektrolyten (z.B. PMAA, PAH) beeinflusst die Benetzbarkeit von Nanopartikeln (z.B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid). Der isoelektrische Punkt und der pH Bereich für kolloidale Stabilität solcher Polyelektrolyt modifizierter Partikel hängt von der Dicke der Polyelektrolytschicht ab. Siliziumoxid und Aluminiumoxid Nanopartikel mit adsorbierten PAH bzw. PMAA werden Grenzflächenaktiv und dadurch befähigt Öl-in-Wasser Emulsionen zu stabilisieren, wenn der Dissoziationsgrad der Polyelektrolytschicht geringer als 80 % ist. Die durchschnittliche Tropfengröße von Dodecan-in-Wasser Emulsionen ist abhängig von der Polyelektrolytschichtdicke und dem Dissoziationsgrad. Die Visualisierung von Partikel stabilisierten Öl-in-Wasser Emulsionen durch kryogene REM zeigt, dass im Falle von kolloidal stabilen Aluminiumoxid-PMAA Partikeln die Öl-Tröpfchen mit einer dichtgepackten Partikelhülle belegt sind, während für kolloidal destabilisierte Partikel eine Hülle aus aggregierten Partikeln gefunden wird. (iii) Durch das Emulgieren einer Lösung des Korrosionsinhibitors 8-Hydroxychinolins (8HQ) in Styrol mit Siliziumoxid Nanopartikeln können stabile Öl-in-Wasser Emulsionen in einem pH Fenster von 4 - 6 hergestellt werden. Der amphoterische Charakter von 8HQ ermöglicht eine pH abhängige elektrostatische Wechselwirkung mit den Siliziumdioxid Nanopartikeln, welche diese Grenzflächenaktiv werden lässt. In Abhängigkeit der Konzentration und des Dissoziationsgrads von 8HQ folgt die Adsorption auf Siliziumdioxid aus elektrostatischen oder aromatischen Wechselwirkungen zwischen 8HQ und der Partikeloberfläche. Bei mittleren adsorbierten Mengen wird die Öl Benetzbarkeit der Partikel ausreichend erhöht um Öl-in-Wasser Emulsionen zu stabilisieren. Kryogene REM zeigt, dass die Partikel dann in dicht gepackte Hüllen, mit teilweise aggregierten Domänen auf der Öltröpfchenoberfläche vorliegen. Durch weiter ansteigende adsorbierte 8HQ Mengen wird die Öl-Benetzbarkeit wieder zurückgesetzt und die Emulgationsfähigkeit der Partikel aufgehoben. Durch die Zugabe von Hexadecan zur Öl Phase kann die Tropfengröße durch Erhöhung des Siliziumdioxid Anteils auf 200 nm herabgesetzt werden. Anschließende Polymerisation des Styrols generiert Korrosionsinhibitor gefüllte (20 Gew-%) Polystyrol-Silizumoxid Komposite. Die Messung der Freisetzungsrate von 8HQ zeigt einen schnellen Anstieg der 8HQ Konzentration in einer gerührten wässrigen Lösung innerhalb von 5 Minuten. Die Verkapselungsmethode wird auch für andere organische Korrosionsinhibitoren erweitert. Die Komposite werden dann in einer wasserbasierten Alkydpräpolymeremulsion dispergiert und diese Mischung wird zur Beschichtung von flachen Aluminiumplatten genutzt. Nach Trocknung und Quervernetzung des Films wird Konfokale Laser Mikroskopie dazu verwendet um die räumliche Verteilung der Composite im Film zu visualisieren. Elektrochemische Impedanzspektroskopie zeigt, dass die Barriereeigenschaften des Films durch die Anwesenheit der Komposite verbessert sind. Raster Vibrationselektroden Messungen zeigen, dass die Korrosionsrate in einem Kratzer des Films durch die Anwesenheit der Inhibitor efüllten Komposite reduziert ist. Durch die Ablagerung von 6 Polyelektroytschichten auf Feststoffstabilisierten Emulsionströpfchen verändert sich deren Oberflächenmorphologie deutlich (gezeigt durch REM). Wenn die Ölbenetzbarkeit der äußeren Polyelektrolytschicht ansteigt, dann können solche Polyelektolytbeschichteten Feststoffstabilisierte Emulsionströpfchen selber als Emulsionsstabilisatoren verwendet werden. Diese lagern sich dann in einer dicht gepackten Schicht auf der Oberfläche von größeren Emulsionstropfen ab. In der Gegenwart von 3 mM LaCl3 aggregieren 8HQ modifizierte Siliziumoxid Partikel stark auf der Öl-Wasser Grenzfläche. Der Einsatz von Ultraschall kann aggregierte Schalenbestandteile von der Tropfenoberfläche wegreißen. Diese Wracks können bis zu einem Viertel der Kugelhülle ausmachen und liegen dann als kolloidale Schalen im Wasser vor.
KW  - Nanopartikel
KW  - Emulsionen
KW  - Polyelektrolyte
KW  - Korrosion
KW  - Adsorption
KW  - nanoparticles
KW  - emulsions
KW  - polyelectrolytes
KW  - corrosion
KW  - adsorption
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55413
ER  - 
TY  - THES
A1  - Groenewolt, Matthijs
T1  - Mesostrukturierte Materialien durch Neue Templatsysteme und Nutzung Mesoporöser Silikate als Nano-Reaktoren
T1  - New templates for mesostructured materials and mesoporous silica as nano-reactor
N2  - In dieser Arbeit wird ein chemisches Abgussverfahren für selbstorganisierte Strukturen in Lösung verwendet, das es ermöglicht definierte poröse Materialien mit Strukturierung auf der Nanometerskala herzustellen. Ähnlich wie beim Gussverfahren von Werkstücken wird die Vorlage durch ein geeignetes Material abgebildet. Durch Entfernen dieser Vorlage erhält man ein poröses (mit Hohlräumen durchsetztes) Negativ derselben. Die auf diese Weise erhaltenen Materialien sind in mehrerer Hinsicht interessant: So lassen sich aus ihrer Morphologie Rückschlüsse über die Natur der selbstorganisierten Strukturen erhalten, da der hier verwendete Abbildungsprozess selbst kleinste strukturelle Details erfasst. Die Hohlräume der synthetisierten porösen Stoffe hingegen können als winzige Reaktionsgefäße, sogenannte "Nano-Reaktoren" verwendet werden. Dies ermöglicht sowohl die Synthese von Nano-Partikeln, die auf anderem Wege nicht zugänglich sind, als auch die Möglichkeit Einflüsse der räumlichen Restriktion auf die Reaktion zu untersuchen. Besonders räumlich ausgedehnte Strukturen sollten hierbei Auffälligkeiten zeigen. Somit ist die Gliederung der Arbeit vorgegeben: - Die Herstellung und Charakterisierung von porösen Stoffen und selbstorganisierten Strukturen - Ihre Verwendung als "Nano-Reaktor"
N2  - This work employs a chemical casting technique, which allows the synthesis of mesoporous materials with definite morphology and pore-size distribution. The structure is thereby determined by a self-assembled template on a nanometer length scale. By removing the template, the final mesoporous materials are formed. The materials are interesting from several points of view:  First, one can learn about the nature of self-organized structures by casting, since the process is known to map even the smallest details. Second, the porous materials can be used as "nano-reactors", both for the synthesis of nano-particles, which are not otherwise accessible, and for the investigation of the reaction itself, since reactions in very small volumes often show differences when compared with their bulk counterparts. For the synthesis of geometrically extended structures this confinement could be especially interesting. The work therefore divides into two parts: - The synthesis and characterisation of porous matter and self-organized structures - Their usage as "nano-reactors"
KW  - Nanopartikel
KW  - meso
KW  - nano
KW  - porös
KW  - casting
KW  - silikat
KW  - meso
KW  - nano
KW  - porous
KW  - casting
KW  - silica
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2515
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kärgell, Martin
T1  - Layer formation from perovskite nanoparticles with tunable optical and electronic properties
N2  - Hybrid organic-inorganic perovskites have attracted attention in recent years, caused by the incomparable increase in efficiency in energy convergence, which implies the application as an absorber material for solar cells. A disadvantage of these materials is, among others, the instability to moisture and UV-radiation. One possible solution for these problems is the reduction of the size towards the nano world. With that nanosized perovskites are showing superior stability in comparison to e.g. perovskite layers. Additionally to this the nanosize even enables stable perovskite structures, which could not be achieved otherwise at
room temperature.

This thesis is separated into two major parts. The separation is done by the composition and the band gap of the material and at the same time the shape and size of the nanoparticles. Here the division is made by the methylammonium lead tribromide nanoplatelets and the caesium lead triiodide nanocubes.

The first part is focusing on the hybrid organic-inorganic perovskite (methylammonium lead tribromide) nanoplatelets with a band gap of 2.35 eV and their thermal behaviour. Due to the challenging character of this material, several analysis methods are used to investigate the sub nano and nanostructures under the influence of temperature. As a result, a shift of phase-transition temperatures towards higher temperatures is observed. This unusual behaviour can be explained by the ligand, which is incorporated in the perovskite outer structure and adds phase-stability into the system.

The second part of this thesis is focusing on the inorganic caesium lead triiodide nanocubes with a band gap of 1.83 eV. These nanocrystals are first investigated and compared by TEM, XRD and other optical methods. Within these methods, a cuboid and orthorhombic structure are revealed instead of the in literature described cubic shape and structure. Furthermore, these cuboids are investigated towards their self-assembly on a substrate. Here a high degree in self-assembly is shown. As a next step, the ligands of the nanocuboids are exchanged against other ligands to increase the charge carrier mobility. This is further investigated by the above-mentioned methods. The last section is dealing with the enhancement of the CsPbI3 structure, by incorporating potassium in the crystal structure. The results are suggesting here an increase in stability.
N2  - Hybrid organisch-anorganisch Perowskite zeigten sich in den letzten Jahren, durch ihren unvergleichbaren Anstieg an Effizienz in der Energiekonversion, als herausragendes Material für die Anwendung als Solarzellen Absorbermaterial. Ein Nachteil dieser Materialien ist allerdings unteranderem ihre Instabilität gegenüber Feuchtigkeit und UV-Strahlung. Eine Möglichkeit, diese Herausforderungen zu meistern, bietet die Nanowelt. So zeigen Perowskitstrukturen in Nanogröße eine
dem Schichten überlegene Stabilität. Des Weiteren sind durch die Nanogröße auch Verbindungen bei Raumtemperatur stabil, die als Schicht oder Einkristall nicht darzustellen sind.

Diese Arbeit ist unterteilt in zwei Teile. Unterteilt nach Zusammensetzung, Bandlücke und Form der Nanopartikel, in Methylammonium Blei Tribromid Nanoplättchen und Cäsium Blei Triiodid Nanokuben.

Im ersten Teil werden hybrid organisch-anorganische Perowskite (Methylammonium Blei tribromid) Nanoplättchen mit einer Bandlücke von 2.35 eV auf ihr thermisches Verhalten untersucht. Aufgrund der herausfordernden Eigenschaften der Nanomaterialien, werden mehrere Analysemethoden verwendet und sowohl die Subnanostruktur als auch die Nanostruktur unter Veränderung der Temperatur beobachtet. Dabei wird ein Verschub der Phasenübergangstemperatur zu höheren Temperaturen beobachtet. Erklärt werden kann dieses ungewöhnliche Verhalten durch die Berücksichtigung des organischen Liganden der Nanoplättchen, welcher einen Einfluß auf den Phasenübergang hat.

Im zweiten Teil der Arbeit werden anorganische Perowskit (Cäsium Blei triodid) Nanokuben mit einer Bandlücke von 1.83 eV untersucht. Diese werden als Erstes mittels TEM, XRD und optischen Analysemethoden untersucht und verglichen. Als Resultat stellen sich die Kuben, als Quader einer orthorhombischen Phase heraus. Anschließend erfolgt eine Untersuchung der Selbstanordnung der Schichten auf einem Substrat, welche einen hohen Grad der Selbstanordnung zeigt. Um die Ladungsträgermobilität in den Schichten zu erhöhen, werden verschiedene Ligandenaustauschreaktionen durchgeführt und diese mittels der oben genannten Methoden untersucht. Dabei konnte ein Anstieg der Ladungsträgermobilität um das Sechsfache im Vergleich zur Literatur beobachtet werden. Im letzten Teil wird versucht die Stabilität der Nanokristalle, durch das Einbinden von Kalium in die Perowskitstruktur, zu erhöhen. Die hier vorliegenden Ergebnisse deuten eine Erhöhung der Stabilität an.
T2  - Schichtbildung von Perowskit Nanopartikeln mit einstellbaren optischen und elektronischen Eigenschaften
KW  - Perovskite
KW  - Nanoparticle
KW  - Quantumdots
KW  - Perowskit
KW  - Nanopartikel
KW  - Nanoplättchen
KW  - Quantenpunkte
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-475667
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sobal, Neli
T1  - Kolloidale Nanosysteme aus magnetischen und metallischen Materialien : Synthese und Charakterisierung
N2  - Ein Spezialgebiet der modernen Mikroelektronik ist die Miniaturisierung und Entwicklung von neuen nanostrukturierten und Komposit-Materialen aus 3d-Metallen. Durch geeignete Zusammensetzungen können diese sowohl mit einer hohen Sättigungsmagnetisierung und Koerzitivfeldstärke als mit besserer Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu den reinen Elementen erzielt werden.  In der vorliegenden Arbeit werden neue Methoden für die Herstellung von bimetallischen kolloidalen Nanopartikeln vor allem mit einer Kern-Hülle-Struktur (Kern@Hülle) präsentiert. Bei der überwiegenden Zahl der vorgestellten Reaktionen handelt es sich um die thermische Zersetzung von metallorganischen Verbindungen wie Kobaltcarbonyl, Palladium- und Platinacetylacetonate oder die chemische Reduktion von Metallsalze mit langkettigem Alkohol in organischem Lösungsmittel. Daneben sind auch Kombinationen aus diesen beiden Verfahren beschrieben. Es wurden Kolloide aus einem reinen Edelmetall (Pt, Pd, Ag) in einem organischen Lösungsmittel synthetisiert und daraus neue, bisher in dieser Form nicht bekannte Ag@Co-, Pt@Co-, Pd@Co- und Pt@Pd@Co-Nanopartikel gewonnen.  Der Kobaltgehalt der Ag@Co-, Teilchen konnte im Bereich von 5 bis 73 At. % beliebig eingestellt werden. Der mittlere Durchmesser der Ag@Co-Partikel wurde von 5 nm bis 15 nm variiert. Bei der Herstellung von Pt@Co-Teilchen wurde eine unterschiedlich dicke Kobalt-Hülle von ca. 1,0 bis 2,5 nm erzielt. Im Fall des Palladiums wurden sowohl monodispere als auch polydisperse Pd-Nanopartikel mit einer maximal 1,7-2,0nm dicken Kobalthülle synthetisiert.  Ein großer Teil dieser Arbeit befasst sich mit den magnetischen Eigenschaften der kolloidalen Teilchen, wobei die SQUID-Magnetometrie und Röntgenzirkulardichroismus (XMCD) dafür eingesetzt wurden. Weil magnetische Messungen alleine nur indirekte Schlüsse über die untersuchten Systeme erlauben, wurde dabei besonderer Wert auf die möglichst genaue strukturelle Charakterisierung der Proben mittels moderner Untersuchungsmethoden gelegt. Röntgendiffraktometrie (XRD), Röntgenabsorptionsfeinstruktur- (EXAFS) und UV-Vis-Spektroskopie sowie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in Kombination mit Elektronen Energieverlustspektroskopie (EELS) und energiedispersive Röntgenfluoreszensanalyse (EDX) wurden verwendet.
N2  - Magnetic colloidal particles are attractive because of their possible application to ultra-high-density magnetic data storage media, sensors, electronic devices and medical diagnostics. The properties of small particles depend on their composition, shape, and method of preparation. The combination of 3d-metals (Fe, Co, Ni) with noble metals improves the stability of the colloids and leads to new properties of the magnetic systems, often distinct from those of the corresponding monometallic particles. Core-shell particles, where dia- or paramagnetic noble metal-cores are surrounded by a ferromagnetic Co-shell, are an interesting system to study surface and interfacial magnetism such as an induced polarization or a giant magnetoresistance effect.   In this work, new synthetic routes for the preparation of monometallic (Pt, Pd, Ag) and bimetallic magnetic nanocrystals (Ag@Co, Pt@Co, Pd@Co) with core-shell structure are presented. Stable colloids with a narrow particle size distribution were obtained in organic solvents using methods of wet chemistry. The method of preparation of Ag@Co is based on the thermal decomposition of dicobalt octycarbonyl in combination with a transmetalation reaction with water free AgClO4. The cobalt amount in the Ag@Co system could be tuned from 5 to 73 at. %. The average diameter of the particles was varied from 5 to 15 nm.   The reduction of platinum and palladium salts in organic solution using long chained alcohol as the reductant leads to stable metal nanostructures. Monodisperse Pd and Pt particles with average sizes of 1.7 to 7.0 nm were synthesized via thermal decomposition of metal-surfactant complexes too. Alkylamines and alkylphosphines were used in this procedure. The thickness of the Co-shell was controlled by a simple high-temperature thermolysis of dicobalt octacarbonyl at the presence of Pd and Pt seeds and was tunable from 0.5 to 2.5 nm.   The crystalline structure of the samples was characterized by transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX), UV-VIS and electron-energy loss spectroscopy (EELS). SQUID magnetometry, x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) measurements gave information about the magnetic properties of the bimetallic systems and revealed their dependency on the particle size and the chemical composition. A high spin to orbital moments ratio µL/µS of 0.26±0.06 for Ag@Co and 0.22±0.05 for Pt@Co nanocrystals was observed at XMCD measurements due to the lowered dimensionality the investigated systems.
KW  - Kolloid
KW  - AgCo
KW  - PtCo
KW  - PdCo
KW  - TEM
KW  - EDX
KW  - EELS
KW  - XMCD
KW  - Kern-Hülle
KW  - Herstellung
KW  - Nanopartikel
KW  - Kobaltcarbonyl
KW  - Acetylacetonat
KW  - Colloid
KW  - AgCo
KW  - PtCo
KW  - PdCo
KW  - TEM
KW  - EDX
KW  - EELS
KW  - XMCD
KW  - core-shell
KW  - synthesis
KW  - nanoparticles
KW  - organic solvent
KW  - decomposition
KW  - reduction
KW  - cobalt dicarbonyl
KW  - a
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001071
ER  - 
TY  - THES
A1  - Abouserie, Ahed
T1  - Ionic liquid precursors for multicomponent inorganic nanomaterials
T1  - Ionische Flüssigkeiten als Vorstufe für anorganische Mehrkomponenten-Nanomaterialien
N2  - Health effects,  attributed to the environmental pollution resulted from using solvents such as benzene, are relatively unexplored among petroleum workers, personal use, and laboratory researchers. Solvents can cause various health problems, such as neurotoxicity, immunotoxicity, and carcinogenicity. As such it can be absorbed via epidermal or respiratory into the human body resulting in interacting with molecules that are responsible for biochemical and physiological processes of the brain. 
 Owing to the ever-growing demand for finding a solution, an Ionic liquid can use as an alternative solvent. Ionic liquids are salts in a liquid state at low temperature (below 100 C), or even at room temperature. Ionic liquids impart a unique architectural platform, which has been interesting because of their unusual properties that can be tuned by simple ways such as mixing two ionic liquids.
Ionic liquids not only used as reaction solvents but they became a key developing for novel applications based on their thermal stability, electric conductivity with very low vapor pressure in contrast to the conventional solvents.
In this study, ionic liquids were used as a solvent and reactant at the same time for the novel nanomaterials synthesis for different applications including solar cells, gas sensors, and water splitting. 
The field of ionic liquids continues to grow, and become one of the most important branches of science. It appears to be at a point where research and industry can work together in a new way of thinking for green chemistry and sustainable production.
N2  - Der Einfluss von kommerziellen organischen Lösungsmitteln auf den menschlichen Körper ist bekannt, jedoch nicht ausreichend untersucht worden. Spezielle Lösungsmittel wie Benzol, welche auch vermehrt in der Petrolchemie genutzt werden, zeigen akute Toxizität auf den biologischen Organismus. Daher ist der Bedarf der Verwendung eines alternativen Lösungsmittel groß. Ionische Flüssigkeiten können hier potentiell eine Alternative sein. Als Ionische Flüssigkeiten (ILs) werden Salze in flüssigem Zustand bei niedriger Temperatur (unter 100 °C) oder sogar bei Raumtemperatur definiert. Aufgrund ihrer Variabilität in der Zusammensetzung der strukturellen ionischen Moleküle ergeben sich ungewöhnliche Eigenschaften, welche auf einfachste Weise durch Mischen zweier ionischer Flüssigkeiten beliebig angepasst werden können. ILs werden sowohl als gewöhnliche Lösungsmittel verwendet, jedoch entwickelten sie sich aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften vermehrt zu Reaktionsagenzien. Dies ist zurückzuführen auf ihre gute thermische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit und ihrem geringen Dampfdruck. 
In dieser Arbeit wurden nun spezielle Ionische Flüssigkeiten speziell auf ihr Verhalten in chemischen Reaktionen als Reagenz untersucht. Als Ausgangsreaktion diente hierbei eine neuartige Synthese von Nanomaterialen, welche speziell in Solarzellen, Gassensoren und auch in der katalytischen Wasserspaltung genutzt werden. Das Anwendungspotenzial der ILs gewinnt immer mehr an Bedeutung und führt in der Forschung sowie auch in der Industrie zu neuen Denkweisen für nachhaltige Produktionen und auch Entwicklungen.
KW  - ionic liquids
KW  - Alkylpyridinium salts
KW  - Structure elucidation
KW  - Phase transitions
KW  - Nanoparticles
KW  - Metal Chalcogenides
KW  - Organic photovoltaic Cell
KW  - Ionische Flüssigkeiten
KW  - Alkylpyridinium-Salze
KW  - Strukturaufklärung
KW  - Phasenübergänge
KW  - Nanopartikel
KW  - Metallchalkogenide
KW  - Organische Photovoltaikzelle
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418950
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schürmann, Robin Mathis
T1  - Interaction of the potential DNA-radiosensitizer 8-bromoadenine with free and plasmonically generated electrons
T1  - Wechselwikung des potentiellen DNA-Radiosensibilisators 8-Bromoadenin mit freien und plasmonisch erzeugten Elektronen
N2  - In Germany more than 200.000 persons die of cancer every year, which makes it the second most common cause of death. Chemotherapy and radiation therapy are often combined to exploit a supra-additive effect, as some chemotherapeutic agents like halogenated nucleobases sensitize the cancerous tissue to radiation. The radiosensitizing action of certain therapeutic agents can be at least partly assigned to their interaction with secondary low energy electrons (LEEs) that are generated along the track of the ionizing radiation. In the therapy of cancer DNA is an important target, as severe DNA damage like double strand breaks induce the cell death. As there is only a limited number of radiosensitizing agents in clinical practice, which are often strongly cytotoxic, it would be beneficial to get a deeper understanding of the interaction of less toxic potential radiosensitizers with secondary reactive species like LEEs. Beyond that LEEs can be generated by laser illuminated nanoparticles that are applied in photothermal therapy (PTT) of cancer, which is an attempt to treat cancer by an increase of temperature in the cells. However, the application of halogenated nucleobases in PTT has not been taken into account so far. In this thesis the interaction of the potential radiosensitizer 8-bromoadenine (8BrA) with LEEs was studied. In a first step the dissociative electron attachment (DEA) in the gas phase was studied in a crossed electron-molecular beam setup. The main fragmentation pathway was revealed as the cleavage of the C-Br bond. The formation of a stable parent anion was observed for electron energies around 0 eV. Furthermore, DNA origami nanostructures were used as platformed to determine electron induced strand break cross sections of 8BrA sensitized oligonucleotides and the corresponding nonsensitized sequence as a function of the electron energy. In this way the influence of the DEA resonances observed for the free molecules on the DNA strand breaks was examined. As the surrounding medium influences the DEA, pulsed laser illuminated gold nanoparticles (AuNPs) were used as a nanoscale electron source in an aqueous environment. The dissociation of brominated and native nucleobases was tracked with UV-Vis absorption spectroscopy and the generated fragments were identified with surface enhanced Raman scattering (SERS). Beside the electron induced damage, nucleobase analogues are decomposed in the vicinity of the laser illuminatednanoparticles due to the high temperatures. In order to get a deeper understanding of the different dissociation mechanisms, the thermal decomposition of the nucleobases in these systems was studied and the influence of the adsorption kinetics of the molecules was elucidated. In addition to the pulsed laser experiments, a dissociative electron transfer from plasmonically generated ”hot electrons” to 8BrA was observed under low energy continuous wave laser illumination and tracked with SERS. The reaction was studied on AgNPs and AuNPs as a function of the laser intensity and wavelength. On dried samples the dissociation of the molecule was described by fractal like kinetics. In solution, the dissociative electron transfer was observed as well. It turned out that the timescale of the reaction rates were slightly below typical integration times of Raman spectra. In consequence such reactions need to be taken into account in the interpretation of SERS spectra of electrophilic molecules. The findings in this thesis help to understand the interaction of brominated nucleobases with plasmonically generated electrons and free electrons. This might help to evaluate the potential radiosensitizing action of such molecules in cancer radiation therapy and PTT.
N2  - Mit deutschlandweit über 200.000 Todesfällen pro Jahr ist Krebs die zweithäufigste Todesursache. In der Krebstherapie werden häufig Strahlenund Chemotherapie kombiniert, da das Krebsgewebe durch die Gabe bestimmter Chemotherapeutika, z.B. halogenierte Nukleinbasen, gegenüber ionisierender Strahlung sensibilisiert wird. Die Wirkung dieser sogenannten Radiosensibilatoren lässt sich zumindest teilweise auf ihre Wechselwirkung mit niederenergetischen Elektronen zurückführen, welche in hoher Zahl entlang der Trajektorie hochenergetischer Teilchen oder Photonen erzeugt werden. In der Krebstherapie ist die DNA ein wichtiger Angriffspunkt, da schwere DNA-Schäden wie Doppelstrangbrüche zum Zelltod führen können. In der klinischen Praxis ist die Anzahl der eingesetzten meist zytotoxischen Radiosensibilisatoren relativ begrenzt. Zur Verbesserung der bestehenden Therapien durch den Einsatz von Medikamenten mit geringeren Nebenwirkungen, ist es notwendig die Wechselwirkungen zwischen potentiellen Radiosensibilisatoren und reaktiven Sekundärteilchen wie niederenergetischen Elektronen besser zu verstehen. Neben der Strahlentherapie werden niederenergetische Elektronen auch durch Laserbestrahlung von plasmonischen Nanopartikeln erzeugt, welche in der Photothermaltherapie (PTT) Anwendung finden. Die mögliche Anwendung von halogenierten Nukleinbasen zur Verbesserung der Photothermaltherapie ist jedoch bisher noch nicht in Erwägung gezogen worden. Im Rahmen dieser kumulativen Dissertation wird die Wechselwirkung des potentiellen Radiosensibilisators 8-Bromoadenin (8BrA) mit niederenergetischen Elektronen untersucht. Unter Verwendung eines gekreuzten Molekül-Elektronenstrahls wurde in einem ersten Schritt die dissoziative Elektronenanlagerung (DEA) an 8BrA untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Hauptzerfallskanal in dem Aufbrechen der C-Br Bindung besteht. Darüberhinausgehend wurde bei der Anlagerung von Elektronen mit einer Energie von 0 eV ein stabiles 8BrA Anion beobachtet. Um den Einfluss der DEA-Resonanzen, die für freie Moleküle in der Gasphase beobachtet wurden, auf die elektroneninduzierten DNA-Strangbrüche zu untersuchen wurden DNA- Origami-Nanostrukturen mit Elektronen bestrahlt. Die DNAOrigami-Strukturen wurden sowohl mit 8BrA modifizierten Oligonukleotiden und der nicht modifizierten Kontrollsequenz bestückt und die Strangbruch Wirkungsquerschnitte in Abhängigkeit von der Elektronenenergie bestimmt. DEA-Prozesse hängen stark von dem umgebenden Medium ab. Aus diesem Grund wurden laserbestrahlte Gold-Nanopartikel (AuNPs) als Elektronenquellen auf der Nanoebene verwendet. Der Zerfall von bromierten und unmodifizierten Nukleinbasen wurde mit UV-Vis-Absorptions-Spektroskopie verfolgt, während die Identifizierung der entstandenen Fragmente über Oberflächenverstärkte Ramanstreuung (SERS) erfolgte. Neben dem elektroneninduzierten Schaden, werden die Nukleinbasen in der Umgebung der AuNPs durch die hohen Temperaturen auch thermisch zersetzt. Um diese verschiedenen Prozesse auseinander halten zu können, wurde die thermische Zersetzung auf den laserbestrahlten AuNPs detailliert untersucht und der Einfluss der Adsorptionskinetik herausgearbeitet. Elektroneninduzierte Reaktionen auf Nanopartikeln finden nicht nur bei Bestrahlung mit intensiven Laser-Pulsen statt. Ein dissoziativer Elektronentransfer auf 8BrA, der zum Aufbrechen der C-Br Bindung führt, konnte ebenfalls während der Bestrahlung mit einem kontinuierlichen Laser geringer Intensität mit SERS beobachtet werden. Mit Hilfe von fraktaler Kinetik konnten dabei die Reaktionen auf getrockneten Proben beschrieben werden. Auf diese Art wurde die Reaktion sowohl auf AuNPs als auch auf AgNPs als Funktion der Laserintensität und -Wellenlänge untersucht. Ebenfalls in Lösung konnte das Auftrennen der C-Br Bindung beobachtet werden, wobei die Zeitskalen der Reaktion ein wenig kürzer als die typischen Integrationszeiten bei Ramanmessungen waren. Aus diesem Grund müssen Dissoziative-ElektronenTransfer- Reaktionen bei der Interpretation von SERS Spektren mit in Betracht gezogen werden. Die Ergebnisse dieser kumulativen Doktorarbeit fördern das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen bromierten Nukleinbasen mit freien und plasmonisch erzeugten Elektronen. Dies könnte dabei helfen das Potential von 8BrA als möglicher Radiosensibilisator besser beurteilen zu können.
KW  - DNA damage
KW  - Radiosensitization
KW  - dissociative electron attachment
KW  - nanoparticles
KW  - plasmonic catalysis
KW  - DNA-Schädigung
KW  - dissoziative Elektronen Anlagerung
KW  - Nanopartikel
KW  - plasmonische Katalyse
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407017
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TY  - THES
A1  - Note, Carine
T1  - Influence of hydrophobically modified polyelectrolytes on nanoparticle synthesis in self-organized systems and in water
T1  - Einfluss von hydrophob modifizierten Polyelektrolyten auf die Nanopartikelsynthese in selbst-organisierten Systemen und in Wasser
N2  - The formation of colloids by the controlled reduction, nucleation, and growth of inorganic precursor salts in different media has been investigated for more than a century. Recently, the preparation of ultrafine particles has received much attention since they can offer highly promising and novel options for a wide range of technical applications (nanotechnology, electrooptical devices, pharmaceutics, etc). The interest derives from the well-known fact that properties of advanced materials are critically dependent on the microstructure of the sample. Control of size, size distribution and morphology of the individual grains or crystallites is of the utmost importance in order to obtain the material characteristics desired. Several methods can be employed for the synthesis of nanoparticles. On the one hand, the reduction can occur in diluted aqueous or alcoholic solutions. On the other hand, the reduction process can be realized in a template phase, e.g. in well-defined microemulsion droplets. However, the stability of the nanoparticles formed mainly depends on their surface charge and it can be influenced with some added protective components. Quite different types of polymers, including polyelectrolytes and amphiphilic block copolymers, can for instance be used as protecting agents. The reduction and stabilization of metal colloids in aqueous solution by adding self-synthesized hydrophobically modified polyelectrolytes were studied in much more details. The polymers used are hydrophobically modified derivatives of poly(sodium acrylate) and of maleamic acid copolymers as well as the commercially available branched poly(ethyleneimine). The first notable result is that the polyelectrolytes used can act alone as both reducing and stabilizing agent for the preparation of gold nanoparticles. The investigation was then focused on the influence of the hydrophobic substitution of the polymer backbone on the reduction and stabilization processes. First of all, the polymers were added at room temperature and the reduction process was investigated over a longer time period (up to 8 days). In comparison, the reduction process was realized faster at higher temperature, i.e. 100°C. In both cases metal nanoparticles of colloidal dimensions can be produced. However, the size and shape of the individual nanoparticles mainly depends on the polymer added and the temperature procedure used. In a second part, the influence of the prior mentioned polyelectrolytes was investigated on the phase behaviour as well as on the properties of the inverse micellar region (L2 phase) of quaternary systems consisting of a surfactant, toluene-pentanol (1:1) and water. The majority of the present work has been made with the anionic surfactant sodium dodecylsulfate (SDS) and the cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) since they can interact with the oppositely charged polyelectrolytes and the microemulsions formed using these surfactants present a large water-in-oil region. Subsequently, the polymer-modified microemulsions were used as new templates for the synthesis of inorganic particles, ranging from metals to complex crystallites, of very small size. The water droplets can indeed act as nanoreactors for the nucleation and growth of the particles, and the added polymer can influence the droplet size, the droplet-droplet interactions, as well as the stability of the surfactant film by the formation of polymer-surfactant complexes. One further advantage of the polymer-modified microemulsions is the possibility to stabilize the primary formed nanoparticles via a polymer adsorption (steric and/or electrostatic stabilization). Thus, the polyelectrolyte-modified nanoparticles formed can be redispersed without flocculation after solvent evaporation.
N2  - Die Bildung von Kolloiden durch kontrollierte Reduktion, durch Keimbildung und durch Wachstum anorganischer Precurser in unterschiedlichen Medien wird seit mehr als einem Jahrhundert intensiv beforscht. Vor kurzem hat die Herstellung ultrafeiner Partikel viel Aufmerksamkeit errungen, da sich hieraus vielversprechende neue Möglichkeiten für ein breites Spektrum an technischen Anwendungen (Nanotechnologie, elektrooptische Materialen, Pharmazeutik, usw.) ergeben. Das Interesse leitet sich von der weithin bekannten Tatsache ab, dass die Eigenschaften der „advanced materials“ von der Mikrostruktur der Probe deutlich abhängig sind. Die gezielte Steuerung der Größe, der Größenverteilung und der Morphologie der einzelnen Keime oder Kristallite ist von größter Wichtigkeit, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Verschiedene Methoden können für die Synthese von Nanopartikel verwendet werden. Einerseits kann eine Reduktion in verdünnten wässrigen oder alkoholischen Lösungen stattfinden, andererseits kann der Reduktionsprozess in einer Templatphase, z.B. in definierten Mikroemulsionströpfchen stattfinden. Die Stabilität der produzierten Nanopartikel hängt hauptsächlich von ihrer Oberflächenladung ab, welche durch schützende Komponenten zusätzlich beeinflusst werden kann. Verschiedene Arten von Polymeren, einschließlich Polyelektrolyte und amphiphile Blockcopolymere, können als solche Komponenten benutzt werden. Die Reduktion und Stabilisierung von Metallkolloiden in der wässrigen Lösung durch Addition von hydrophob modifizierten Polyelektrolyten werden bereits ausführlich studiert. Die verwendeten Polymere sind hydrophob modifizierte Derivate des Natrium-Polyacrylat, der Maleinsäure Copolymere sowie das verzweigte Poly(ethylenimin). Erstaunlicherweise genügt bereits die Anwesenheit die verwendeten Polyelektrolyte zu Reduzierung und Stabilisierung der Goldnanopartikel. Darüber hinaus wurde der Einfluss der hydrophoben Seitenkette des Polymer auf den Reduktions- und Stabilisierungsprozess bei unterschiedliche Reaktionstemperatur untersucht. In beiden Fällen können Metallnanopartikel kolloidaler Größe hergestellt werden, jedoch hängt die Größe und die Form der einzelnen Nanopartikel hauptsächlich vom dem zugefügten Polymer und vom verwendeten Temperaturverfahren ab. Im zweiten Teil wurde der Einfluss der vorher erwähnten Polyelektrolyte auf das Phaseverhalten sowie auf die Eigenschaften der inversen mizellaren Region (L2 Phase) der quaternären Systeme untersucht, die aus einem Tensid, Toluol-Pentanol – Gemisch (1:1) sowie Wasser bestehen. Dabei wurden hauptsächlich ionische Tenside, wie z.B. das anionische Natriumdodecylsulfate (SDS) und das kationische Cetyltrimethylammonium-bromid (CTAB) verwendet, da sie mit den geladenen Polyelektrolyten wechselwirken können. Darüber hinaus wurden die polymer-modifizierten Mikroemulsionen als neue Template für die Synthese von anorganischen Nanopartikeln verwendet. Die Wassertröpfchen können in der Tat als Nanoreaktoren für die Keimbildung und das Wachstum der Partikel dienen, und das zugefügte Polymer kann die Tröpfchengröße, die Tröpfchen-Tröpfchen Wechselwirkungen, sowie die Stabilität des Tensidfilms durch Polyelektrolyt-Tensid Komplexbildung beeinflussen. Ein weiterer Vorteil der polymer-modifizierten Mikroemulsionen ist die Stabilizierung der produzierten Primärteilchen über eine Polymeradsorption (durch sterische bzw. elektrostatische Stabilisierung), welche eine Redispergierung der Polyelektrolyte-modifiziert Nanopartikel, nach Lösungsmittel-verdampfung, ohne Aggregation der Partikel erlaubt.
KW  - Mikroemulsion
KW  - Nanopartikel
KW  - Polyelektrolyte
KW  - microemulsion
KW  - polyelectrolyte
KW  - nanoparticle
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-11670
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TY  - THES
A1  - Stete, Felix
T1  - Gold at the nanoscale
BT  - plasmon-exciton coupling and optical heating
N2  - In this cumulative dissertation, I want to present my contributions to the field of plasmonic nanoparticle science. Plasmonic nanoparticles are characterised by resonances of the free electron gas around the spectral range of visible light. In recent years, they have evolved as promising components for light based nanocircuits, light harvesting, nanosensors, cancer therapies, and many more.

This work exhibits the articles I authored or co-authored in my time as PhD student at the University of Potsdam. The main focus lies on the coupling between localised plasmons and excitons in organic dyes. Plasmon–exciton coupling brings light–matter coupling to the nanoscale. This size reduction is accompanied by strong enhancements of the light field which can, among others, be utilised to enhance the spectroscopic footprint of molecules down to single molecule detection, improve the efficiency of solar cells, or establish lasing on the nanoscale. When the coupling exceeds all decay channels, the system enters the strong coupling regime. In this case, hybrid light–matter modes emerge utilisable as optical switches, in quantum networks, or as thresholdless lasers. The present work investigates plasmon–exciton coupling in gold–dye core–shell geometries and contains both fundamental insights and technical novelties. It presents a technique which reveals the anticrossing in coupled systems without manipulating the particles themselves. The method is used to investigate the relation between coupling strength and particle size. Additionally, the work demonstrates that pure extinction measurements can be insufficient when trying to assess the coupling regime. Moreover, the fundamental quantum electrodynamic effect of vacuum induced saturation is introduced. This effect causes the vacuum fluctuations to diminish the polarisability of molecules and has not yet been considered in the plasmonic context.

The work additionally discusses the reaction of gold nanoparticles to optical heating. Such knowledge is of great importance for all potential optical applications utilising plasmonic nanoparticles since optical excitation always generates heat. This heat can induce a change in the optical properties, but also mechanical changes up to melting can occur. Here, the change of spectra in coupled plasmon–exciton particles is discussed and explained with a precise model. Moreover, the work discusses the behaviour of gold nanotriangles exposed to optical heating. In a pump–probe measurement, X-ray probe pulses directly monitored the particles’ breathing modes. In another experiment, the triangles were exposed to cw laser radiation with varying intensities and illumination areas. X-ray diffraction directly measured the particles’ temperature. Particle melting was investigated with surface enhanced Raman spectroscopy and SEM imaging demonstrating that larger illumination areas can cause melting at lower intensities. An elaborate methodological and theoretical introduction precedes the articles. This way, also readers without specialist’s knowledge get a concise and detailed overview of the theory and methods used in the articles. I introduce localised plasmons in metal nanoparticles of different shapes. For this work, the plasmons were mostly coupled to excitons in J-aggregates. Therefore, I discuss these aggregates of organic dyes with sharp and intense resonances and establish an understanding of the coupling between the two systems. For ab initio simulations of the coupled systems, models for the systems’ permittivites are presented, too. Moreover, the route to the sample fabrication – the dye coating of gold nanoparticles, their subsequent deposition on substrates, and the covering with polyelectrolytes – is presented together with the measurement methods that were used for the articles.
N2  - In der vorliegenden publikationsbasierten Dissertation möchte ich meinen Beitrag aus meiner Zeit als Doktorand an der Universität Potsdam zum Forschungsgebiet plasmonischer Nanopartikel vorstellen. Letztere zeichnen sich durch Resonanzen des freien Elektronengases im Spektralbereich sichtbaren Lichts aus mit vielversprechenden Anwenungsgebieten, unter anderem in Bereichen der Nanosensorik, lichtbasierter Nanoschaltkreise oder auch der Krebstherapie.

Die Arbeit beinhaltet die von mir mitverfassten wissenschaftlichen Artikel, mit dem Hauptaugenmerk auf der Kopplung zwischen lokalisierten Plasmonen in Gold-Nanopartikeln und Exzitonen in organischen Farbstoffen. Plasmonen konzentrieren Lichtfelder auf kleinstem Raum. Dadurch verstärkt sich die Licht–Materie-Wechselwirkung, welche es etwa ermöglicht, die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen, die Spektren weniger bis einzelner Moleküle aufzunehmen oder auch Laser auf der Nanoskala zu entwickeln. Überschreitet die Wechselwirkung zwischen Plasmonen und Exzitonen alle anderen Dissipationskanäle, spricht man vom Regime der starken Kopplung. In diesem Regime entstehen neue untrennbare Licht–Materie-Hybridzustände aus denen ultraschnelle optische Schalter, Quantennetzwerke oder pumpschwellenfreie Laser konstruiert werden können. Die Artikel bieten dabei sowohl Erkenntnisse der Grundlageforschung als auch neue technische Verfahren. So wird unter anderem eine Methode zur Sichtbarmachung der vermiedenen Kreuzung gekoppelter Resonanzen vorgestellt, in der die Partikel selber nicht verändert werden. Die Technik wird hier beispielsweise verwendet, um den Zusammenhang zwischen Kopplungsstärke und Partikelgröße zu untersuchen. Zusätzlich zeigt die Arbeit, dass das alleinige Betrachten von Extinktionsspektren unzureichend für die Beurteilung des Kopplungsregimes sein kann. Desweiteren wird die Sättigung durch Vakuumfelder vorgestellt, ein Effekt der Quantenelektrodynamik, der im Zusammenhang mit Plasmonen bisher unbekannt war.

Die Reaktion von Gold-Nanopartikeln auf optische Erwärmung stellt den zweiten Themenbereich der Arbeit dar. Da durch optische Anregung grundsätzlich auch Wärme entsteht, ist die Kenntnis über diese Reaktion für alle Anwendungen plasmonischer Nanopartikel von Bedeutung. Zum einen wird hier die spektrale Änderung nach der Anregung gekoppelter Gold–Farbstoff-Partikel untersucht und quantitativ modelliert, zum anderen betrachtet die Arbeit Gold-Nanodreiecke bei optischer Anregung. In zeitaufgelösten Messungen wurde die Ausdehnung des Kristallgitters direkt mit Röntgen-Pulsen aufgenommen. Mit Hilfe von kontinuierlicher Röntgenstrahlung wurde außerdem die Temperatur der Teilchen bei konstanter Beleuchtung von Laserlicht gemessen, wobei die Größe der beleuchteten Fläche und die Lichtintensität variierten. Durch oberflächenverstärkte Raman-Spektren und REM-Bilder ließ sich indes das Schmelzen der Teilchen beobachten.

Den Artikeln steht eine ausführliche Einleitung voran, die eine detaillierte Übersicht sowohl über die theoretischen Grundlagen als auch über die experimentelle Methodik bietet. Sie führt lokalisierte Plasmonen auf unterschiedlich geformten Teilchen ein. Für diese Arbeit wurden die Teilchen mit J-Aggregaten ummantelt. Folglich werden diese speziellen Aggregate organischer Farbstoffe mit ihren intensiven und scharfen Resonanzen vorgestellt und die Kopplung ihrer Anregungen mit Plasmonen diskutiert. Für Ab-initio-Simulationen der gekoppelten Spektren werden Modelle für Permittivität der beiden Komponenten besprochen. Abschließend werden die Herstellung der Proben sowie alle in den Artikeln verwendeten Messmethoden eingeführt.
KW  - Nanoparticles
KW  - Plasmons
KW  - Light-Matter Coupling
KW  - Licht-Materie-Wechselwirkung
KW  - Nanopartikel
KW  - Plasmonen
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-496055
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