Template assisted synthesis of highly ordered semiconducting nanowire arrays for thermoelectric application

Dostęp do publikacji jest możliwy w Archiwum UJ

Z punktu widzenia inżynierii materiałowej, rozwój nauki i technologii zmierza w kierunku zmniejszania wymiarów, po to aby otrzymywać struktury z coraz większą precyzją i o lepszej wydajności pracy. Powszechne zainteresowanie nanostrukturalnymi materiałami wynika głównie z faktu, że ich właściwości: optyczne, elektryczne i mechaniczne, zazwyczaj różnią się od tych obserwowanych dla materiałów o takim samym składzie chemicznym czy fazowym ale w większej skali. Wiele obiecujących strategii zostały już zaproponowanych do wytwarzania nanomateriałów. Wśród nich jest anodyzacja, z powodzeniem stosowana do produkcji nanoporowatych warstwy tlenku na powierzchni różnych metali. Po odpowiednim przygotowaniu, templaty z anodyzowanego glinu (AAO) mogą służyć jako szablony przeznaczone do produkcji wielu różnych nanomateriałów, takich jak: nanodruty, nanorurki i nanokropki. Syntezy oparta na matrycach jest jednym z najprostszych i tanich sposób wytwarzania nanostruktur. Celem przedstawionych w niniejszej pracy badań jest zoptymalizowanie metody otrzymywania nanostruktur, które mogą wykazywać znacznie lepsze właściwości elektryczne/termoelektryczne niż obecnie używane materiały. Kolejnym zadaniem postawionym przed autorem niniejszej rozprawy było zbadanie właściwości fizycznych uzyskanych nanostruktur i określenia możliwości ich praktycznego zastosowania. Przeprowadzono badania nad syntezą pięciu materiałów półprzewodnikowych lub kompozytowych. Na drodze elektrochemicznego osadzania przygotowano polikrystaliczne nanodruty oraz cienkie filmy z antymonku indu, dwuskładnikowe nanodruty i nanorurki kobaltowo-antymonowe, nanodruty kompozytowe polimerowo-metaliczne oraz nanodruty o złożonej strukturze z otoczka tlenkową i rdzeniem w postaci łańcucha nanocząstek. Dla wszystkich przygotowanych materiałów przeprowadzono badania nad ich morfologią, składem, krystalicznością. Dodatkowo przeprowadzono badania właściwości elektrycznych/termoelektrycznych nanostruktur InSb. Dla nanodrutów uzyskanych na drodze jednostopniowej elektropolimeryzacji połączonej z osadzaniem metalu zaproponowano mechanizm reakcji.

From a material viewpoint, the advancement of science and technology provides the smaller and smaller dimensions with higher precision and enhanced performance. The widespread interest in nanostructured materials is mainly due to the fact that their properties, such as: optical, electrical, and mechanical are usually different from those of the bulk materials. Many promising strategies have been already reported for fabrication of nanomaterials. Among them, anodization has been successfully employed to fabricate nanoporous oxide layers on the surface of different metals. After suitable preparation, anodic aluminum oxide (AAO) membranes can serve as templates for fabrication of great variety of nanomaterials such as: nanowires, nanotubes and nanodots which offers a lot of modern technological applications. The goal of the research was to design the electrochemical methods for obtaining semiconducting or composite nanostructures which might exhibit significantly better electric/thermoelectric properties than currently used materials. The another task was to investigate the properties of synthesized materials and determine the possibility of their future applications. Optimization of synthesis of five materials in the form of nanostructures were carried out. Polycrystalline indium antimonide in form of nanowires and thin films, binary cobalt-antimony nanowires and nanotubes, composite polymeric-metallic nanowires and nanopeapods structures were prepared by electrodeposition. Morphology, composition, crystallinity, spectroscopic and electrical properties of the obtained nanostructures were characterized. Seebeck constant measurements were carried out for single InSb nanowires and thin films. For electropolymerization occurring simultaneously with deposition of metal, reaction mechanism was proposed.