Study of Surface Modified Silicon Nanoparticles for Printable Optoelectronics

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Gupta_Anoop_Diss.pdf12.10.2011 22:58:038,36 MB
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der Oberflächenfunktionalisierung auf die optischen und elektrischen Eigenschaften von Silizium Nanopartikeln (Si-NPs), sowie ihrer Dispergiereigenschaften für Anwendungen im Bereich der druckbaren Optoelektronik. Die Synthese der Silizium Nanopartikel wurde durch Pyrolyse von SiH4 in einem Mikrowellen-Plasmareaktor durchgeführt. Durch Handhabung der frischen Partikel an Luft bildete sich ein natürliches Oberflächenoxid, das durch Ätzen der Partikel mit HF entfernt wurde. Die Oberfläche der geätzten Partikel wurde durch Funktionalisierung mit n Alkenen terminiert. Silizium Nanopartikel mit Partikelgrößen von 6 nm und weniger zeigen auf Grund von größenabhängigen Quantisierungseffekten Photolumineszenz (PL) im Sichtbaren. Das Ätzen solcher, frisch hergestellter Partikel erhöht ihre Photolumineszenz Intensität und führt zu einer geringen Blauverschiebung im Emissionsspektrum. Durch das Ätzen der Partikel mit einer Mischung aus HF und HNO3 kann mit zunehmender Ätz-Zeit die PL Emission vom Roten bis ins Grüne selektiv eingestellt werden, während blaue Lumineszenz nach Reoxidation orange leuchtender, geätzter Partikel beobachtet wird. Partikel, die nach dem Ätzen im Roten bis Orangen lumineszieren, zeigen nach der Funktionalisierung eine Blauverschiebung der Lumineszenz, während solche, die nach dem Ätzen im Gelben bis Grünen leuchten, eine Rotverschiebung zeigen. Si-NPs, die mit unterschiedlichen organischen Molekülen funktionalisiert wurden, zeigen Unterschiede bezüglich der Photolumineszenz-Wellenlänge. Funktionalisierte Partikel zeigen eine höhere Stabilität gegen Reoxidation als die nicht funktionalisierten, geätzten Si-NPs. Partikel, die mit unterschiedlichen organischen Molekülen funktionalisiert wurden, zeigen unterschiedliche Oberflächen-Belegungsgrade und Unterschiede bezüglich der Langzeit-Stabilität in Luft. Es wurde festgestellt, dass die Funktionalisierung mit Dodeken zu einer guten Langzeit-Stabilität führt. Frisch geätzte Si-NPs zeigen eine höhere elektrische Leitfähigkeit als solche mit einem natürlichen Oberflächen-Oxid. Durch Reoxidation an Luft nimmt ihre Leitfähigkeit mit der Zeit ab. Durch Oberflächen-Funktionalisierung wird ihre elektrische Leitfähigkeit ebenfalls verringert und ist abhängig von der Länge der an die Oberfläche gebundenen organischen Moleküle. Die besten Ergebnise bezüglich einer guten Leitfähigkeit funktionalisierter Si-NPs wurden für Dodeken-terminierte Partikel erhalten. Aus frisch hergestellten Silizium Nanopartikeln lassen sich auf Grund des Vorliegens großer Agglomerate und des natürlichen Oxids an der Oberfläche mit den meisten organischen Lösungsmitteln keine stabilen Dispersionen herstellen. Das Ätzen und Funktionalisieren der Partikel führt zu einer De-Agglomeration der Si-NPs und durch das Vorhandensein organischer Moleküle an der Oberfläche lassen sich mit zahlreichen organischen Lösungsmitteln stabile Dispersionen herstellen. Stabilen Dispersionen funktionalisierter, lumineszierender Si-NPs wurden zur Herstellung gedruckter Strukturen auf einem Glas-Substrat verwendet. Nach dem Drucken ist die Photolumineszenz der gedruckten Partikel weiterhin vorhanden. Das Drucken von Si-NPs ermöglicht ihre Strukturierung in zwei oder drei Dimensionen, trotzdem sind sie nicht direkt untereinander verbunden. Für die Synthese miteinander verbundener Si-NPs wurde eine Terminierung mit endständigen, bi-funktionalen organischen Molekülen durchgeführt. Die erfolgreiche Vernetzung der Si-NPs konnte durch Funktionalisierung der Partikel mit 1,7-Oktadien gezeigt werden.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Verbrennung und Gasdynamik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
Silicon nanoparticles, optical propertis, electrical properties, surface functionalization
Beitragende:
Prof. Dr. rer.-nat. Schulz, Christof [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Kortshagen Uwe [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
27.06.2011
Dokument erstellt am:
19.10.2011
Promotionsantrag am:
18.03.2011
Dateien geändert am:
19.10.2011
Medientyp:
Text