Kurzfassung
Eindimensionale (1D) Nanokristalle repräsentieren eine vielseitige, funktionale Klasse nanoskaliger Systeme. Sie zeichnen sich durch ihre Fähigkeit des effizienten Transports entlang der axialen Richtung, sowie durch eine, durch den Durchmesser in der Ausdehnung beschränkte, zylindrische Oberfläche aus. Silber Nanodrähte (Ag-NWs) sind hervorragend als Bestandteile von 2D leitfähigen Netzwerken geeignet. Nanodraht-Netzwerke werden zur Funktionalisierung von Polymerkompositen für den 3D Druck verwendet. Die Morphologie der zufällig angeordneten Ag-NWs wird als Funktion der Konzentration, sowie unter externen Einflüssen und eingebettet in eine Polymer-Matrix untersucht. Dies geschieht unter anderem mit Röntgenstreuung unter streifendem Einfall. Flexible und leitfähige Ag-NW-Komposite werden hergestellt und in mechanischen Stress-Tests untersucht. Die Netzwerkeigenschaften werden mit einem Modell, das auf einer Monte-Carlo-Methode beruht, erfolgreich beschrieben. Das elektrisch leitfähige Nanodrahtnetzwerk, das durch die Tunnelwiderstände zwischen den Nanodrähten dominiert wird, interagiert maßgeblich mit der Polymer-Matrix. Als Prototyp für ein 3D gedrucktes, flexibles, elektronisches Bauteil, wird ein flexibler Ag-NW-Kondensator präsentiert. Des Weiteren wird Raman-Spektroskopie verwendet, um das nieder energetische Anregungsspektrum sowie die Interaktion zwischen dem elektronischen System und den Gitterschwingungen im nanoskaligen Festkörper zu untersuchen. Ein Raman-Mikroskop wird vorgestellt, das einen ultra-kleinen Spotdurchmesser von 200 nm – 300 nm erreicht. Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) wird angewendet, um die elektronischen Übergänge zwischen halbleitenden Zinkoxid Nanodrähten und 4-Mercaptopyridin zu untersuchen. Plasmonische Verstärkungseffekte der Raman-Antwort werden in Nanodrähten bestehend aus dem Topologischen Isolator Bi2Se3 als Funktion des Drahtdurchmessers beobachtet. Die Modifikation der quasi-relativistischen Oberflächenzustände durch ein geometrisches confinement des Festkörpers von 2D nach 1D resultiert in einem Öffnen der spin-polarisierten Dirac-Zustände als Folge der Bildung einer Spin-Berry Phase.
One-dimensional (1D) nanocrystals represent a versatile and functional class of materials characterized through a high transport efficiency along the long axis, and a confined cylindrical surface. Silver nanowires (Ag-NWs) are excellent building blocks for 2D conductive networks, which are used as functional fillers in 3D printing polymer composites. The morphology of randomly oriented Ag-NWs is studied as a function of concentration, as well as during external modifications and within a polymer matrix by, inter alia, grazing incidence X-ray scattering. Flexible and conductive Ag-NW composites are fabricated and investigated under mechanical stress. Key network properties are revealed by a Monte Carlo based model. The electrical nanowire network, dominated by the tunneling resistances between the nanowires, strongly interacts with the supporting polymer matrix. A 3D printed flexible capacitor is demonstrated as a prototype for 3D printed flexible electronic devices. Furthermore, in order to investigate the low-energy excitation spectrum as well as the interaction between the electronic system with lattice degrees of freedom within 1D nanostructures, Raman spectroscopy is utilized. We developed a Raman microscope with ultra-small spot sizes down to 200 nm – 300 nm to study local phenomena on the nanoscale. Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) is used to study a chemical selective system based on the electronic transitions between semiconducting zinc oxide nanowires and 4-mercaptopyridine. Plasmonic enhancements of the Raman response are observed in nanowires of the topological insulator Bi2Se3 as a function of wire diameter. The modification of the quasi-relativistic surface states by geometrical confinement from 2D to 1D results in a gap opening of the spin-polarized Dirac-states as a consequence of the formation of a Spin-Berry phase.