Untersuchungen der Bildungsmechanismen und Präparation von metastabilen Allotropen und Verbindungen der E13- und E14-Elemente durch Oxidation intermetallischer Phasen

• Antragsteller: Dr. Michael Baitinger; Professor Juri Grin; Professor Dr. Stefano Leoni
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 140965120

In diesem Projekt wurde bisher die Oxidation intermetallischer Präkursoren als Methode zur Präparation metastabiler intermetallischer Phasen und Allotrope der 14. Gruppe untersucht. Die Ergebnisse aus der ersten Förderperiode ermöglichten methodische Weiterentwicklungen und die Erschließung neuer Stoffsysteme. Für die zweite Förderperiode sind folgende Themenschwerpunkte geplant: Die erfolgreichen Vorarbeiten zur Oxidation intermetallischer Phasen auf Basis von Elementen der 13. Gruppe werden weitergeführt. Verschiedene Oxidationsmethoden werden an neue zu untersuchende Systeme wie Carbide oder Seltenverbindungen angepasst. Bei den durch Oxidationsreaktionen zugänglichen Allotropen des Germaniums und Siliciums mit entleerter Clathratstruktur wird die Aufnahme von metallischen und nichtmetallischen Gastkomponenten untersucht. Damit sollen neue Klassen metastabiler Clathrate erschlossen werden. Die physikalische Charakterisierung der Oxidationsprodukte wird oft durch amorphe und nanokristalline Beiprodukte oder isolierende Korngrenzen behindert. Detaillierte Untersuchungen der Oxidationsprodukte erfolgen mit der Elektronenmikroskopie. Die experimentellen Arbeiten werden mit numerischen Simulationen unterstützt. Die Arbeiten dazu sind in zwei Richtungen ausgelegt. Zum einem wird der oxidative Abbau von intermetallischen Präkursoren simuliert, um wichtige, experimentell schwer zugängliche Details der Reaktionsmechanismen zu verstehen. Dabei wird die Methode verwendet, die im vorherigen Projektabschnitt entwickelt wurde. Zum anderen werden weitere metastabile Phasen „ab initio“ gesucht. Mit Methoden der Molekulardynamik wird nach neuen Allotropen von Kohlenstoff, Silicium und Germanium gesucht und geeignete Präkursoren für deren Präparation vorgeschlagen. Im Hinblick auf die neuen experimentellen Ergebnisse zu intermetallischen Galliden wird das Phasendiagramm von Gallium im Detail untersucht, um experimentelle Möglichkeiten zur Synthese eines metastabilen Ga-Allotropes aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1415: Kristalline Nichtgleichgewichtsphasen - Präparation, Charakterisierung und in situ-Untersuchung der Bildungsmechanismen
• Internationaler Bezug: Großbritannien