Festkörperelektrochemische Untersuchungen an mikro- und nanostrukturiertem Ag2S und Ag2Se

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften von mechanisch (mit der Kugelmühle) bzw. in flüssigem Medium (nach der Methode der inversen Mizellen) hergestelltem, mikro- und nanokristallinem Ag2+deltaS und Ag2±deltaSe untersucht. Im Unterschied zu den klassischen Herstellungsmethoden wurden Synthesemethoden gewählt, die besser geeignet sind, Teilchen einheitlicher Korngröße herzustellen. Es wurden Ag2S- und Ag2Se-Proben mit mittleren Teilchengrößen von 3 mm, 28,1 nm und 2,6 nm bzw. 120 nm und 75 nm hergestellt. Ziel war die Bestimmung der Phasenbreite dieser Verbindungen als Funktion von Korngröße und Temperatur mittels coulometrischer Titration. Bei einigen Proben ergab sich eine Vergrößerung der Phasenbreite in Abhängigkeit der Teilchengröße und Temperatur. Aus den Titrationskurven wurden der thermodynamische Faktor, die Standardreaktionsenthalpie und die Konzentration der quasi-freien Elektronen im Gleichgewicht mit Silber berechnet. Die Maxima des thermodynamischen Faktors sinken mit steigender Temperatur. Die Standardreaktionsenthalpie sinkt und die Anzahl der quasi-freien Elektronen steigt mit der Verkleinerung der Teilchengröße. Es wurde die elektronische Leitfähigkeit von Ag2S gemessen und daraus die Aktivierungsenergie bestimmt. Im Fall der elektronischen Leitfähigkeit konnte das in der Literatur beschriebene Verhalten (steigende elektronische Leitfähigkeit mit sinkender Korngröße) beobachtet werden. Bei den nanokristallinen Ag2S-Proben wurde jedoch eine höhere Aktivierungsenergie ermittelt als bei den mikrokristallinen, was nicht im Einklang mit Literaturdaten steht. Ein möglicher Einfluss der Korngröße auf den Magnetowiderstandseffekt von Ag2Se, wie in der Literatur von G. Beck beschrieben, war in Abhängigkeit der Magnetfeld-Induktion und der Temperatur zu prüfen. Die Ergebnisse dieser Messungen zeigten für alle untersuchten Korngrößen einen normalen MR-Effekt.

In the course of this thesis the thermodynamic and kinetic properties of micro- and nano-sized particles of Ag2+deltaS and Ag2±deltaSe produced by mechanical ball milling and in liquid system (reverse micelle) have been studied. Unlike to classical methods of synthesis, these materials required an approach which has been used to produce particles with improved monodispersity. The particle sizes of Ag2+deltaS were 3 mm, 28,1 nm and 2,6 nm, those of Ag2±dSe 120 nm and 75 nm. The investigation of the thermodynamic and kinetic properties of these materials has been realised by studying the nonstoichiometry of the binary compounds as a function of their particle size and temperature by coulometric titration. Some of the specimens show an enrichment of the nonstoichiometry dependent on their particle size and temperature. The thermodynamic factor has been calculated from the coulometric titration curves, the standard reaction enthalpy and the concentration of free electrons at equilibrium with silver too. The maximum of the thermodynamic factor decreases with increasing temperature. With decreasing particle size, the standard reaction enthalpy decreases and the concentration of free electrons at equilibrium with silver increases. The activation energy of Ag2S has been calculated from the electronic conductivity. The dependency of the electronic conductivity from the particle size and temperature that can be found in the literature was verified. There was an enhancement of the electronic conductivity with decreasing particle size. On contrary to the literature is the result, that the activation energy of the micro-crystals was higher than that of the nano-crystal. In this work the influence of particle size on the magneto-resistance effect of Ag2Se, firstly described by G. Beck has been examined as well. The magneto-resistance effect is proportional to the magnetic induction and temperature. The results of these measurements show a normal magneto-resistance effect for all particle sizes.