Optimierung des Stabilisierungsprozesses von AZO-Nanokristall Dispersionen für die Herstellung funktionaler Dünnfilme

  • Forschungsthema:Experimentelle Arbeit
  • Typ:Master- oder Bachelorarbeit
  • Datum:abgeschlossen
  • Betreuer:

    M.Sc. Julian Ungerer

- Experimentelle Arbeit -

Motivation:

Nanopartikel in der Größenordnung <100 nm besitzen im Gegensatz zu µm-Partikel eine sehr große spezifische Oberfläche (Oberfläche/Volumen), weshalb sie stets eine starke Agglomerationsneigung zur Minimierung ihrer Oberflächenenergie aufweisen. Für viele Prozesse in der Verfahrenstechnik, wie z.B. in der Fest-Flüssig Trennung oder in der Produktformulierung, ist diese Eigenschaft vorteilhaft. Für die Herstellung von partikulären Dünnflimen im nanoskaligen Bereich ist sie hingegen nachteilig, da multimodale Aggregatstrukturen mit breiten Größenverteilungen eine homogene Auftragung der Partikel auf einer Substratoberfläche mittels Flüssigphasen-Beschichtungsverfahren und damit die spätere Funktionalität der Dünnfilme negativ beeinflussen können.

Vorangegangene Abschlussarbeiten haben sich bereits deshalb intensiv und erfolgreich mit der Entwicklung eines sterischen Stabilisationsprozesses von sphärischen AZO-Nanokristallen im Lösungsmittel Ethanol unter Verwendung des Stabilisators Trioxadecansäure (TODS) beschäftigt. Hierbei gelang es bis zu 70 % der hergestellten sphärischen AZO-Nanokristalle bei einer mittleren Partikelgröße von ca. 40 nm und einer monomodalen Größenverteilung in die stabile Phase zu überführen. Hierbei waren jedoch sehr große Mengen an TODS nötig, welche sich nachteilig auf den nachfolgenden Trocknungsprozess, die angestrebte Funktionalität der Dünnfilme und die Herstellungskosten auswirken.

 

Ziel der Arbeit:

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll der bestehende Stabilisierungsprozess dahingehend optimiert werden, sodass die Stabilitätseffizienz bei gleichzeitiger Reduktion der Stabilisatormenge beibehalten bzw. weiter gesteigert werden kann. Hierbei ist sowohl eine verfahrenstechnische Prozessoptimierung unter Variation von wichtigen Prozessparametern als auch eine Erprobung und Evaluation neuartiger Stabilisatoren und Lösungsmittel unter Berücksichtigung entsprechender Randbedingungen angedacht. Da TODS während des Trocknungsprozesses nur bedingt aus dem Dünnfilm entfernt werden konnte, soll neben kurzkettigen Stabilisatoren auch der Einsatz von leitfähigen Stabilisatoren getestet werden Zudem können kleinere Anpassungen im bisher etablierten Syntheseprozess von AZO, wie z.B. die Änderung der Partikelgröße, der Kristallinität sowie der Partikelform (siehe eigene Publikationen), positive Effekte auf die Stabilisierung von AZO haben.

Die messtechnische Untersuchung im Rahmen des Stabilisierungsprozesses soll sowohl mit bildgebenden Messverfahren, wie die Transelektronenmikroskopie (TEM), als auch mit indirekten Verfahren, wie die Dynamische Lichtstreuung (DLS) und der gravimetrischen Analyse (GA) erfolgen. Zusätzlich kann die Röntgenkleinwinkelstreuung (engl. small angle X-ray scattering, SAXS) unter Verwendung unserer SAXS-Laborkamera hinzugezogen werden.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf experimentellen Untersuchungen. Art und Umfang der Arbeit können gerne auf individuelle Interessen und Studienschwerpunkte angepasst werden. Falls dieses Thema dein Interesse geweckt haben sollte, kannst du dir gerne auch meine bisherigen Publikationen anschauen. Weitere Details zur Aufgabenstellung und individuelle Fragen werde ich sehr gerne in einem persönlichen Gespräch, während einer Laborführung oder per E-Mail beantworten.

Wichtiger Hinweis: Wir sorgen stets für die Einhaltung aktueller Hygienevorschriften an unseren Arbeitsplätzen sowie Laboren, um einen reibungslosen Ablauf unserer Abschlussarbeiten zu gewährleisten.

Kontakt:         

                        M.Sc. Julian Ungerer

                        Tel.: 0721/608-44140

                        E-Mail: julian.ungerer∂kit.edu

                        Gebäude 30.48 (MZE), Raum 115 (1.OG)