Die Forschungsarbeit der Gruppe Metallische Systeme

Die Arbeitsgruppe metallische Systeme wird von Hans Flandorfer und Klaus Richter gemeinsam geleitet. Wir beschäftigen uns mit der Synthese hauptsächlich metallischer Materialien für eine große Bandbreite potentieller Anwendungen – von den klassischen Struktur- und Hochtemperaturmaterialien bis zu Funktionsmaterialien mit elektrochemischem, magnetischem oder katalytischem Anwendungsprofil.

In unserer Forschung konzentrieren wir uns auf die notwendigen Grundlagen für die Entwicklung neuer Materialien und Ihrer Funktion.  Unser Fokus liegt daher auf folgenden Punkten:

  • optimierte Materialherstellung
  • Aufklärung der Kristall- und Mikrostruktur
  • Untersuchung thermochemischer und anderer physikalisch-chemischer Eigenschaften
  • Untersuchung von Phasenumwandlungen und Erstellung von Phasendiagrammen
  • Beschreibung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen des Materials

Liquidusprojektion mit Liquidusisothermen im ternären System

Cu-Li-Sn

Die Ausrichtung der Arbeitsgruppe ist vorwiegenden experimentell, es wird aber auch immer wieder auf thermodynamische Modellierung oder quantenchemische Berechnungen zurückgegriffen.

Methoden

Direktes Erwärmen kleiner Proben im verschweißten Ta-Tiegel erlaubt die zeitsparende Wärmebehandlung bei Temperaturen bis zu 1800 °C.

Die Arbeit an metallischen oder oxidischen Verbindungen erfordert spezielle Synthesetechniken bei teilweise sehr hohen Temperaturen oder unter kontrollierten atmosphärischen Bedingungen. Spezielle Techniken wie der chemischen Gasphasentransport oder die direkte Gas-Festkörpersynthese intermetallischer Verbindungen (auch für Nanopartikel nutzbar) werden ebenfalls verwendet. Unsere Labors verfügen über eine entsprechende spezialisierte Ausstattung und Techniken wie z.B. Lichtbogen- und Induktionsöfen, Einschluss in Quarzglas oder Ta-Tiegeln, Gradientenöfen, Vakuumsysteme und Glovebox. Auch das Arbeiten mit speziell konstruierten Apparaturen aus Quarzglas gehört bei uns zu den Standardmethoden.

Wesentliche Charakterisierungsmethoden sind die thermische Analyse (DTA, DSC, TGA-MS), Optische- und Elektronen-Mikroskopie sowie Röntgen-Diffraktometrie am Pulver (PXRD) bzw. am Einkristall (SXRD). Im Pulverbereich steht auch Hochtemperatur-Ausstattung zur Verfügung. Diese Methoden sind im Institut vorhanden, zusätzlich kann auch auf eine große Zahl weitere nützlicher Analysegeräte in den exzellent ausgestatteten Core Facilities der Fakultät und durch Kooperationen mit anderen Fachrichtungen zurückgegriffen werden.

Eine weitere Spezialisierung der Arbeitsgruppe ist die experimentelle Thermochemie mit Schwerpunkt Hochtemperatur-Kalorimetrie (statische und dynamische 3D-Kalorimetrie) sowie der Anwendung von Dampfdruckmethoden (Isopiestische Equilibrierung).

Sekundärelektronenbild einer misfit-layer Verbindung im System Se-Sn-V die in einem kürzlich abgeschlossenen Projekt synthetisiert wurde.

Kristalle von SnS2 hexagonaler Morphologie mit breiter Größenverteilung aus der Hydrothermalsynthese.

Themen

  • Strukturelle und thermodynamischen Eigenschaften von intermetallischen Anodenmaterialien für leistungsstarke Li-Ionenbatterien (Flandorfer)
  • Synthese und Charakterisierung Magnetischer Topologischer Isolatoren und anderer Schichtmaterialien (Richter)
  • Die direkte Gas-Festkörper Synthese als Methode für Diffusions- und Phasendiagramm-studien intermetallischer Systeme (Richter)
  • Nanostrukturierte Intermetallische Verbindungen für die Katalyse (Richter)
  • Strukturierte Zinnsulfide bzw. Si/Zinnsulfid-Komposite als Anodenmaterialien (Flandorfer)
  • Thermodynamische und strukturelle Untersuchungen von LNMO (LiNixMn2-xO4)-Spinell- Verbindungen. (Flandorfer

 

Publikationen Flandorfer (https://orcid.org/0000-0002-9692-2119)

Publikationen Richter (https://orcid.org/0000-0001-7128-6956)

Gas-Festkörper Synthese Kohlenstoff-geträgerter Ni-Te Nanopartikel für die Elektrochemische Wasserstofferzeugung

Kristallstruktur der geordneten Variante von LNMO.