This thesis describes the synthesis of yttrium oxide nanoparticles in an AOT/isooctane reverse micelle solution. Two synthetic methods are compared. First is the precipitation reaction between yttrium nitrate and ammonia, second is the hydrolysis of yttrium isopropoxide. The effects of annealing of the resulting the yttrium oxide nanoparticles are also described. The nitrate method produced network-like aggregates of yttrium oxide nanoparticles ranging from 10 nm to 40 nm in diameter. Reaction conditions, including the water/AOT ratio (1 to 15), the nitrate concentration (0.02 M to 1.0 M), the ammonia concentration (2 M to 14.8 M), the AOT concentration (0.1 M and 0.5 M), the aging time (1 h to 5 d), and the washing method, were varied to investigate their influence on nanoparticle formation. The optimized synthetic conditions were: a water/AOT ratio of 7.5, [NO₃⁻] = 0.5 M, [NH₃] = 2 M, and [AOT] = 0.1 M. The as-prepared yttrium oxide nanoparticles had highly distorted structures related to the cubic Y2O3 phase. Annealing improved the crystallinity of the as-prepared nanoparticle products and led to larger particles. As annealing temperatures increased, the yttrium oxide nanoparticles gradually evolved into the cubic Y₂O₃ phase. However, an unknown intermediate phase was also observed during the annealing process, which disappeared when the annealing temperature was sufficiently high and the annealing time was long enough (>1000 °C and 4 h). As-prepared products from the isopropoxide hydrolysis also contained network-like nanoparticle aggregates. Particle sizes ranged from 10 nm to 20 nm. Some experimental conditions were varied; they were the water/AOT ratio (10 to 40), the isopropoxide concentration (0.0001 M to 0.003 M), the aqueous phase pH (7.0 and 12.0), the aging temperature (room temperature, approximately 25 °C, and refluxing temperature, approximately, 100 °C), and the aging time (1 h to 5 d). Transmission Electronic Micrographs showed that products of desirable morphology could be produced in a much wider range of experimental conditions by this method compared to those produced by nitrate hydrolysis. / Master of Science

Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, makroskopisch einphasige Mischungen aus Wasser, Öl und einem Tensid – sowie ggf. einem Cotensid –, die in drei verschiedenen Strukturen existieren: als Wasser-in-Öl- (W/O), Öl-in-Wasser- (O/W) und bikontinuierliche Mikroemulsionen mit schwammartiger Struktur. Die zwei zuletzt genannten Mikroemulsionstypen sind elektrisch leitfähig, wenn sie Ionen enthalten, wohingegen W/O-Mikroemulsionen fast nicht leitfähig sind. Demnach steigt die elektrische Leitfähigkeit stark an, wenn die Mikroemulsion von der W/O- in die bikontinuierliche Struktur übergeht. Diese Umwandlung wird als Perkolation bezeichnet und kann ausgelöst werden, indem die Zusammensetzung oder, in Systemen nahe der Perkolationsschwelle, die Temperatur verändert wird. Die entsprechende Umwandlungstemperatur im zweiten Fall wird als Perkolationstemperatur bezeichnet. Mikroemulsionen aus AOT, Isooctan und Wasser im Massenverhältnis 1 : 2,5 : 2 perkolieren bei Temperaturerhöhung. Kleine Mengen bestimmter Substanzen, die in der Mikroemulsion solubilisiert werden, beeinflussen die Perkolationstemperatur. Untersucht wurden die Solubilisate Azobenzen und Azobenzen-15-Krone-5, die photochemisch trans-cis-isomerisieren. Je höher der Gehalt an solubilisiertem Azobenzen in der Mikroemulsion ist, desto weiter steigt die Perkolationstemperatur, im untersuchten Konzentrationsbereich um fast 20 K. Azobenzen-15-Krone-5 dagegen senkt die Perkolationstemperatur mit zunehmendem Gehalt, erreicht wurden Perkolationstemperaturverschiebungen von nahezu −7 K. Unter Bestrahlung, d. h., nachdem ein Teil des Solubilisates photochemisch von der trans- in die cis-Form isomerisiert ist, perkoliert die Mikroemulsion bei niedrigeren Temperaturen als im Dunkeln. Dies gilt für beide Solubilisate, der Effekt von Azobenzen ist dabei jedoch größer als der von Azobenzen-15-Krone-5. Die größte beobachtete Perkolationstemperaturverschiebung unter Bestrahlung beträgt etwa −5 K. Wird eine Mikroemulsion mit solubilisiertem Azobenzen unterhalb ihrer Perkolationstemperatur mit langwelligem UV-Licht bestrahlt, isomerisiert das enthaltene Azobenzen. Die Perkolationstemperatur sinkt und unterschreitet die Reaktionstemperatur. Die Struktur der Mikroemulsion ändert sich von Wasser-in-Öl zu bikontinuierlich, ihre elektrische Leitfähigkeit steigt während der Bestrahlung von fast null auf etwa 1000 μS/cm. Nach dem Ausschalten des Bestrahlungslichtes läuft der beschriebene Vorgang in die umgekehrte Richtung ab und die Mikroemulsion wird wieder nichtleitend. Auf diese Weise kann der Zustand der Mikroemulsion geschaltet werden: unter Bestrahlung von fast nichtleitend auf elektrisch leitend und anschließend im Dunkeln von elektrisch leitfähig auf nahezu nicht leitfähig. Der Schaltvorgang kann bis zu zehnmal hintereinander durchgeführt werden, ohne dass die Schaltfähigkeit der Mikroemulsion nachlässt.