Investigations on growth and structure of silver and silver halide nanostructures formed on amphiphilic dye aggregates
Creators: name: Steeg, Egon
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2018
Subjects: subject: J-Aggregate
subject: Nanodrähte
subject: Silberjodid
subject: Templat-Wachstum
subject: J-aggregates
subject: nanowires
subject: silver iodide
subject: templated growth
subject: 530 Physik
subject: UP 5050

description: Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstumsmechanismus von Silberjodid Nanodrähten. Das Wachstum wurde über einen Zeitraum von Minuten bis hin zu Tagen untersucht. Im frühen Stadium bilden sich Silbernanopartikel innerhalb der Farbstoffröhren, welche als Keime für das weitere Wachstum von isolierten Drahtstücken dienen. Der Durchmesser dieser Drähte wird durch den Innendurchmesser der Röhren definiert. Im letzten Stadium wachsen diese Drahtstücke zusammen bis sie das gesamte Aggregat füllen. Dieser Wachstumsprozess impliziert einen Transport von Silber Ionen durch die Wand der Röhre. Das Wachstum der Drähte setzt sich weiter fort nachdem das Template gleichmäßig mit Drähten gefüllt ist und zerstört die Röhren in der Folge. Die Kristallstruktur der Drähte wurde sowohl mit hochauflösender Elektronenmikroskopie als auch Elektronenbeugung untersucht. Das Silberjodid konnte aufgrund seiner charakteristischen Wurtzite Struktur in der beta-Phase identifiziert werden. Da der Lösung nur Silbernitrat beigesetzt wurde, konnte die Quelle der Jod-Ionen als Verunreinigung im Farbstoffpulver ausgemacht werden. Das fragmentierte Wachstum der Drähte von verschiedenen Startpunkten aus führt zu Kristallen mit einkristallinen Domänen von mehr als 100 nm Länge. Eine bevorzugte Orientierung der Kristallstruktur relativ zur Aggregatachse wurde gefunden und durch die Molekülstruktur der Aggregate erklärt. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein Model zum Wachstum von Silberjodid Nanodrähten im Inneren eines röhrenförmigen Molekülaggregats entwickelt. Es wurde angenommen, dass das Wachstum an Silberkeimen beginnt, die durch Photooxidation der bereits vorhandenen Jod Ionen mit Silber Ionen während der Belichtung der Probe gebildet werden. Diese Silberkeime ermöglichen die Bildung von stabilen Silberjodid Kristalliten und das nachfolgende Wachstum zu Drähten. Die Ergebnisse zeigen einen möglichen Weg zur Synthese von Metall-Halogenid Strukturen innerhalb von Farbstoffröhren.
description: This thesis reports on the growth mechanism of silver iodide nanowires as revealed by conventional as well as cryogenic transmission electron microscopy. The growth, initiated by short illumination with UV light, has been observed over time scales ranging from minutes to days. In an early stage, within the tubular aggregates nanoparticles are formed which act as seeds for continuous growth of separate pieces of wires. The diameter of the wires is determined by the inner diameter of the tubes. In the final state, the pieces of wire totally fill the aggregate. The growth process indicates transport of at least silver ions through the tubular wall membrane. After homogeneously filling the template the wires grow onwards over the diameter of the nanotubes, destroying it in the process. The crystal structure of the wires was investigated by means of high resolution transmission electron microscopy and selected area electron diffraction. The silver iodide could be clearly identified in its beta-phase by its typical wurtzite structure. Since only silver nitrate was added to the solutions, the source of the iodide ions could be attributed to impurities within the dye powder itself. The fragmented growth of the wires from separate seeds leads to nanowires consisting of single crystalline domains exceeding 100 nm in length. A preferential orientation of the crystal lattice planes with respect to the aggregate axis was observed which is explained by the molecular structure of the aggregates. Based on these findings a model for the growth of silver iodide nanowires within the inner space of the tubular molecular aggregate is presented. The growth is assumed to start at silver seeds that are formed due to photo-oxidation of the already present iodide ions by the silver ions during the illumination of the sample. These silver seeds facilitate nucleation of silver iodide and subsequent growth into wires.