Herstellung und Anwendung neuartiger Nanomaterialien

Wissenschaftler aus Leipzig und Nowosibirsk können künftig verstärkt zusammenarbeiten. Die Zusammenarbeit wird vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) unterstützt. Ziel der Kooperation sind die Herstellung neuartiger Nanomaterialien und die Prüfung ihrer Anwendungspotenziale.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziert für drei Jahre ein Wissenschaftleraustauschprogramm von Prof. Dr. Klaus Bente, Institut für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft der Universität Leipzig, sowie Prof. Dr. S. Tsybulya und Prof. Dr. V. Parmon, Bereskov Instituts für Katalyse der russischen Akademie der Wissenschaften in Nowosibirsk. Die Wissenschaftler aus Nowosibirsk sind Spezialisten u.a. für Mikrostrukturanalyse mittels Synchrotronstrahlung und ergänzen ideal die Kompetenz der Leipziger Wissenschaftler. Die Programm wird am 1.1.2005 beginnen.

Die Forschungsarbeiten umfassen die Synthese, Strukturierung, Charakterisierung und Beurteilungen von Anwendungspotenzialen von Nanomaterialien. Dabei geht es vor allem um halbleitende Verbindungen von Kupfer und Wismut bzw. Blei mit Schwefel. Das Besondere an ihnen ist, dass ihre Kristalle sich durch große Verhältnisse von Länge zu Durchmesser von bis zu mehreren Zehnerpotenzen auszeichnen. Sie sind im Gegensatz zu entsprechenden sehr spröden Massivmaterialien biegsam und sollen zu Spiralen, Ringen etc. verarbeitet werden. Sie können u.a. für thermoelektrische und photovoltaische Anwendungen Verwendung finden.

Besondere Erwartungen werden an die unterschiedlichen Metallordnungen in solchen Verbindungen gesetzt. Entsprechende Ordnungen können durch Elektronenbeschuss in Nanobereichen verändert und darauf basierende physikalische Eigenschaften, z.B. als Miniaturschalter, eingesetzt werden.

Das nebenstehende elektronenmikroskopische Bild zeigt eine solche Verbindung mit der Zusammensetzung Cu4Bi4S9, die durch Gasphasentransport gezüchtet wurde. Die einzelnen Punkte der hochauflösenden TEM-Aufnahme sind in einem Muster von Atomen zusammengefasst, das sich durch nahezu ungestörte Anordnungen auszeichnet. Die Richtung des Pfeils entspricht der Längsausdehnung der Nanofäden, die Durchmesser von minimal 300nm und Längen bis zu 10 mm aufweisen. Die Angaben von 1.2 nm und 0.4 nm geben die Zellparameter der Struktur von Cu4Bi4S9 in zwei Raumrichtungen wieder. Dies wird auch in dem kleinen Bild links oben an hand einer Elektronenbeugungsaufnahme verdeutlicht.

Die Kooperation zwischen den Leipzigern und den Novosibirskern ergänzt die Arbeitschwerpunkte der fächerübergreifenden Arbeitsgemeinschaft „Halbleiterforschung“ Leipzig und der Forschergruppe „Architektur von nano- und mikrodimensionalen Strukturelementen“. Vorarbeiten der Arbeitsgruppe haben mit Dr. G. Kryukova aus Nowosibirsk bereits zu Publikationen geführt hat. Der Arbeitsbereich von Prof. Bente nutzt auch die Kooperationsmöglichkeiten mit dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle. Dort betreut Dr. Kornelius Nielsch u.a. gemeinsam mit Prof. Bente Diplomarbeiten mit Themen zu vergleichbaren Materialien.

weitere Informationen: Prof. Dr. Klaus Bente, Telefon: 0341 97-36250, E-Mail: bente@uni-leipzig.de