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Kolloidale Nanosysteme aus magnetischen und metallischen Materialien : Synthese und Charakterisierung

  • 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, bisherEin 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.show moreshow less
  • 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 ofMagnetic 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.show moreshow less

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Metadaten
Author:Neli Sobal
URN:urn:nbn:de:kobv:517-0001071
Advisor:Helmuth Möhwald, Horst Weller, Michael Giersig
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2003
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2004/01/06
Release Date:2005/02/10
Tag:Acetylacetonat; AgCo; EDX; EELS; Herstellung; Kern-Hülle; Kobaltcarbonyl; Kolloid; Nanopartikel; PdCo; PtCo; TEM; XMCD
AgCo; Colloid; EDX; EELS; PdCo; PtCo; TEM; XMCD; a; cobalt dicarbonyl; core-shell; decomposition; nanoparticles; organic solvent; reduction; synthesis
RVK - Regensburg Classification:VE 5070
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften