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Department Chemie
Electron microscopic images of nanoporous cobalt oxide (contains artificial colors and flavors)
Anorganische Funktionsmaterialien
Prof. Dr. Michael Tiemann
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Electron microscopic images of nanoporous cobalt oxide (contains artificial colors and flavors)

Forschung

Funktionsmaterialien sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Technologie und somit auch des täglichen Lebens. Werkstoffe für hohe mechanische Ansprüche (z.B. im Fahrzeug- oder Flugzeugbau), die Einsparung von Energie und Ressourcen (etwa durch energieeffiziente Leuchtdioden oder durch Brennstoffzellen) oder die moderne Halbleiter-Mikroelektronik (Computer, Kommunikation) - all dies sind nur wenige Beispiele für die große Zahl moderner Entwicklungen, welche erst durch neue Materialen mit bestimmten Eigenschaften und Funktionen möglich geworden sind.

Eine besondere Rolle spielen Nanomaterialien, also Stoffe mit Strukturen auf einer Größenskala im Bereich von wenigen Nanometern (Millionstel Millimetern). Solche Materialien besitzen aufgrund ihrer Nanostruktur oft neue Eigenschaften, in denen sie sich von Stoffen der klassischen Molekül- oder Festkörperchemie unterscheiden. Dadurch werden wiederum neue Anwendungen ermöglicht, etwa im Bereich der Energiegewinnung, Katalyse, Medizin, oder Sensorik.

Die Arbeitsgruppe "Anorganische Funktionsmaterialien" (Prof. Dr. Michael Tiemann) beschäftigt sich in erster Linie mit nanoporösen Materialien, etwa Metalloxiden, Silica, oder Kohlenstoff. Diese Stoffe enthalten regelmäßige Hohlräume oder Kanäle von wenigen Nanometern Durchmesser und sehr große spezifische Oberflächen von vielen hundert Quadratmetern pro Gramm. Potentielle Anwendungsfelder ergeben sich in den Bereichen der Gassensorik, der Katalyse, oder hinsichtlich optischer Eigenschaften.

Die Abbildung zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme von nanoporösem Indiumoxid (In2O3). In der Vergrößerung eines einzelnen Partikels von ca. 300 Nanometern Durchmesser (oben rechts) sind die regelmäßig angeordneten Nanoporen zu erkennen. Dieses Material zeigt interessante Eigenschaften als Gassensor.

Ein weiteres Interesse der Arbeitsgruppe liegt in der Frage, nach welchen Mechanismen sich die Entstehung und das Wachstum von Nanostrukturen vollziehen. Neben interessanten Erkenntnissen der Grundlagenforschung bietet dies auch unmittelbaren praktischen Nutzen: Durch ein verbessertes Verständnis solcher Vorgänge eröffnen sich neue Wege, Nanomaterialien mit spezifischen Funktionen gezielt herstellen oder zu modifizieren.

Die Arbeitsgruppe Prof. Tiemann beschäftigt sich in erster Linie mit der Synthese und Charakterisierung poröser Materialien, insbesondere geordneter, nanoporöser Metalloxide. Dabei kommt insbesondere das Verfahren der sog. Strukturabformung (nanocasting) zum Einsatz.

Manche Materialien, insbesondere amorphes Siliciumdioxid (Silica, SiO2) oder Alumosilicate, lassen sich in einheitlich nanoporöser Form herstellen, indem man amphiphile Moleküle oder Block-Copolymere als Strukturdirigenten verwendet (sog. weiche Template). Diese lagern sich unter geeigneten Bedingungen zu großen Einheiten...

Halbleitende, nanoporöse Metalloxide sind von besonderem Interesse in der Gassensorik. Ihre großen spezifischen Oberflächen, aber auch die einheitlichen Netzwerke von Nanoporen spielen hierbei eine große Rolle. Die Arbeitsgruppe Prof. Tiemann arbeitet auf diesem Gebiet eng mit der Gruppe von Prof. Claus-Dieter Kohl am Institut für Angewandte Physik der Universität Giessen, zusammen, teilweise auch in Industriekooperationen.

Viele Metalloxide besitzen Halbleiter-Eigenschaften und eignen sich somit generell als sog. resistive Gassensoren, beispielsweise SnO2, ZnO, WO3 oder In2O3. Solche...

Gruppenleitung

Prof. Dr. Michael Tiemann

Anorganische Chemie - Arbeitskreis Tiemann

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