Resumen (Castellano) El aumento del consumo de energía global junto con las preocupaciones ambientales ha generado mucho interés por las fuentes de energía alternativas y limpias, como la energía solar fotovoltaica. Los investigadores en la comunidad fotovoltaica han estado buscando formas de reducir costos mientras mantienen o aumentan las eficiencias. Una mejor comprensión de los materiales implicados es esencial para el rápido desarrollo de nuevas tecnologías. Las películas delgadas I-III-VI2 ofrecen sistemas prometedores para lograr células solares de alta eficiencia a un costo menor. De hecho, al adaptar la composición de los compuestos, es posible cambiar la banda prohibida del material para captar la luz solar de manera más eficiente. Esta tesis se centra en la preparación y caracterización del material de la capa absorbente, especialmente las películas delgadas nanocristalinas y la consideración de las características estructurales y eléctricas de dicha capa principal absorbente de células. La tesis examina cómo las diferentes técnicas de preparación y uso del material podrían afectar las propiedades del películas delgadas sintetizadas. Películas delgadas CuInSe2 y CuInS2 se depositaron sobre sustratos de vidrio ITO usando la técnica de electrodeposición en solución acuosa. Las películas electrodepositadas se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis de rayos X de energía dispersiva (EDS). Se investigaron los efectos de recocido sobre los precursores electrodepositados. La estructura de calcopirita de CuInSe2/CuInS2 mostró una mejora de la cristalinidad después del tratamiento posterior de selenización/sulfurización en atmósfera Se/S, respectivamente. Los estudios de XRD y SEM revelaron una mejora de la calidad cristalina de las películas de CIS después de los tratamientos térmicos. Las propiedades ópticas de las películas delgadas recocidas CuInSe2-Se y CuInSe2-S se han estudiado para determinar el efecto del proceso de recocido en diferentes ambientes de selenio y azufre. Además, modificamos el CuInxCryGa1-x-ySe2 de cobre indio, donde x = 0.4, y = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) la capa de superestrato por el proceso de recubrimiento por centrifugado. CuInxCryGa1-xySe2 donde x = 0.4, y = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanopartículas han sido sintetizadas en primer lugar usando un método hidrotermal químico húmedo que se basa en un proceso térmico sin vacío sin ningún proceso de selenización adicional. Introduciendo diferentes fuentes de metal en un autoclave con etilenamina como solvente, se obtuvieron nanopartículas de CIGS a diferentes temperaturas en un rango de 190-230 °C. Los resultados de la difracción de rayos X (XRD) confirmaron la formación de una estructura de calcopirita CuInxCryGa1-x-ySe2 tetragonal. Finalmente, se estudió el efecto de la temperatura de recocido en los materiales tipo Kesterita (como el Cu2ZnSnS4) que son materiales de muy bajo costo y que no dañan el medio ambiente. Estudiamos el crecimiento de las películas delgadas cuaternarias Cu2ZnSnS4 (CZTS) de kesterita mediante un depósito electroquímico de un solo paso seguido de un recocido a baja temperatura. La influencia de diferentes atmósferas de recocido a tiempos de recocido constantes (t = 45 min) y parámetros de control de preparación fijos; es decir, concentración de la solución de materiales de partida (sales de metales precursores), tiempo de deposición y potencial de electrodeposición. Se estudiaron las propiedades estructurales, de composición, morfológicas y ópticas, así como las propiedades fotoelectroquímicas. / Abstract Increasing global energy consumption together with environmental concerns has led to much interest in alternative, cleaner sources of energy such as solar photovoltaic. Researchers in the solar cell community have been looking for ways to reduce costs while maintaining or increasing already high efficiencies. A fundamental understanding of the materials under consideration is essential to rapid development of new technologies. The I-III-VI2 thin films offer promising systems for achieving high efficiency solar cells at lower costs. In fact, by tailoring the chemistry of the compounds it is possible to change the bandgap of the material in order to collect sunlight more efficiently. First of all, this thesis focuses on absorber layer material preparation and characterization, especially nanocrystalline thin films and consideration of both structural and electrical characteristics of such main cell absorber layer.The thesis examines how different preparation techniques and material usage could affect the properties of the synthesized thin films (absorber layer). In this study CuInSe2 and CuInS2 thin films were deposited onto ITO glass substrate using the electrodeposition technique in aqueous solution. The electrodeposited films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDS). The annealing effects on the electrodeposited precursors were investigated. The chalcopyrite structure of CuInSe2/CuInS2 showed an enhancement of crystallinity after subsequent selenization/sulfurization treatment in Se/S atmosphere, respectively. XRD and SEM studies revealed a dramatic improvement of the crystalline quality of CIS films after annealing treatments. The optical properties of annealed CuInSe2-Se and CuInSe2-S thin films have been studied in order to determine the effect of annealing process in different selenium and sulfur atmosphere. In the second step we modified copper indium CuInxCryGa1-x-ySe2 where x=0.4, y= (0.0, 0.1, 0.2, 0.3)superstrate layer by spin coating process. CuInxCryGa1-x-ySe2 where x=0.4, y= (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanoparticles have been synthesized firstly using a wet chemical hydrothermal method that is based on a non-vacuum thermal process without any additional selenization process. Introducing different metal sources in an autoclave with ethylenediamine as solvent, CIGS nanoparticles were obtained at different temperatures range 190-230°C. The X-ray diffraction (XRD) results confirmed the formation of a tetragonal CuInxCryGa1-x-ySe2 chalcopyrite structure. Finally, we turned again to the study of the annealing temperature effect onKesterite materials but this time in those of very low-cost materials and environmentally friendly Cu2ZnSnS4. We studied the growth of quaternary Cu2ZnSnS4 (CZTS) kesterite thin films by a single step electrochemical deposition followed by annealing at low temperature. The influence of different annealing atmospheres at constant annealing times (t = 45 min) and fixed preparation controlling parameters; i.e., starting materials (precursor metal salts) solution concentration, time of deposition and electrodeposition potential. Structural, compositional, morphological, and optical properties, as well as photoelectrochemical properties were studied. / Resum (Valencià) L'augment del consum d'energia global juntament amb les preocupacions ambientals ha generat molt d'interès per les fonts d'energia alternatives i netes, com ara l'energia solar fotovoltaica. Els investigadors de la comunitat fotovoltaica han estat buscant formes de reduir costos mentre mantenen o augmenten les eficiències. Una millor comprensió dels materials implicats és essencial per al ràpid desenvolupament de noves tecnologies. Les pel·lícules primes I-III-VI2 ofereixen sistemes prometedors per aconseguir cèl·lules solars d'alta eficiència a un cost menor. De fet, en adaptar la composició dels compostos, és possible canviar la banda prohibida del material per captar la llum solar de manera més eficient. Aquesta tesi se centra en la preparació i caracterització del material de la capa absorbent, especialment les pel·lícules primes nanocristal·lines i la consideració de les característiques estructurals i elèctriques d'aquesta capa principal absorbent de cèl·lules. La tesi examina com les diferents tècniques de preparació i ús del material podrien afectar les propietats del pel·lícules primes sintetitzades. Pel·lícules primes CuInSe2 i CuInS2 es van dipositar sobre substrats de vidre ITO usant la tècnica d'electrodeposició en solució aquosa. Les pel·lícules electrodepositadas es van caracteritzar per difracció de raigs X (XRD), microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i anàlisi de raigs X d'energia dispersiva (EDS). Es van investigar els efectes de recuit sobre els precursors electrodepositados. L'estructura de calcopirita de CuInSe2/CuInS2 va mostrar una millora de la cristal·linitat després del tractament posterior de selenització/sulfurització en atmosfera de Se o S, respectivament. Els estudis de XRD i SEM van revelar una millora de la qualitat cristal·lina de les pel·lícules de CIS després dels tractaments tèrmics. Les propietats òptiques de les pel·lícules primes recuites CuInSe2-Es i CuInSe2-S s'han estudiat per determinar l'efecte del procés de recuit en diferents ambients de seleni i sofre. A més, modifiquem el CuInxCryGa1-x-ySe2 de coure indi, on x = 0.4, i = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) la capa d'superstrat pel procés de recobriment per centrifugat. CuInxCryGa1-x-ySe2 on x = 0.4, i = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanopartícules han estat sintetitzades en primer lloc fent servir un mètode hidrotermal químic humit que es basa en un procés tèrmic sense buit sense cap procés de selenización addicional. Introduint diferents fonts de metall en un autoclau amb etilenamina com solvent, es van obtenir nanopartícules de CIGS a diferents temperatures en un rang de 190- 230 °C. Els resultats de la difracció de raigs X (XRD) van confirmar la formació d'una estructura de calcopirita CuInxCryGa1-x-ySe2 tetragonal. Finalment, es va estudiar l'efecte de la temperatura de recuit en els materials tipus kesterita (com el Cu2ZnSnS4) que són materials de molt baix cost i que no danyen el medi ambient. Vam estudiar el creixement de les pel·lícules primes quaternàries Cu2ZnSnS4 (CZTS) de kesterita mitjançant un dipòsit electroquímic d'un sol pas seguit d'un recuit a baixa temperatura. La influència de diferents atmosferes de recuit a temps de recuit constants (t = 45 min) i paràmetres de control de preparació fixos; és a dir, concentració de la solució de materials de partida (sals de metalls precursors), temps de deposició i potencial d'electrodeposició. Es van estudiar les propietats estructurals, de composició, morfològiques i òptiques, així com les propietats fotoelectroquímiques / Kamal Abdelhamied Saber, S. (2018). Synthesis and characterization of some nano-selenides and their applications in solar cells [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107389 / TESIS

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, nanokristalline und laserpuls-strukturierte Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse zu untersuchten und hinsichtlich ihrer elektrokatalytischen Eigenschaft zu bewerten. Dabei besteht die Hauptaufgabe in der Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der elektrokatalytischen Aktivität und der Struktur der Elektroden. Es soll der Effekt der nanokristallinen Kristallstruktur auf die Elektrodenaktivität aufgeklärt werden. Zudem stellt die elektrokatalytische Wirkung von Mo in Ni-Elektroden für die Wasserstoffentwicklungsreaktion eine zentrale Untersuchung in der vorliegenden Arbeit dar. Für die Sauerstoffentwicklungsreaktion soll der Einfluss von Fe in nanokristallinen Ni-Materialien näher analysiert und unter industriell relevanten Betriebsbedingungen bewertet werden. Zum anderen richtet sich der Fokus auf die Nutzung eines Ultrakurzpulslasers zur Strukturierung von Ni-Elektrodenoberflächen. Besonderes Augenmerk wird auf die Korrelation zwischen den individuellen Strukturmerkmalen, der erzielten Oberflächenvergrößerung und der elektrokatalytischen Aktivität bezüglich der Wasserstoffentwicklung gelegt. Zudem werden Langzeituntersuchungen bei Stromdichten von bis 1 A/cm² durchgeführt, um die Stabilität zu bewerten und Degradationsmechanismen aufzuklären.

The diploma thesis deals with plasmonic nanostructures for visible eventually near-infrared region of electromagnetic spectrum. At first, there are discussed basic terms which are necessary for description of plasmonic nanostructures and their properties. Then the resonant properties of gold nanoantennas on a fused silica substrate and in proximity of nanocrystalline diamond are addressed. FDTD simulations are used for an assesment of resonant properties and local electric field enhancement of these nanostructures. Possible manufacturing methods of the antennas and techniques for the measurement of their properties are mentioned at the end of the thesis.

Graphene (G) and nanocrystalline diamond (NCD) are carbon allotropes and promising nanomaterials with an excellent combination of their properties, such as high mechanical strength, electrical and thermal conductivity, possibility of functionalization and very high surface area to volume ratio. For these reasons, G and NCD are employed next to electronics in biomedical applications, including implant coating, drug and gene delivery and biosensing. For a fundamental characterization of cell behavior on G and NCD, we studied osteoblast adhesion and proliferation on differently treated G and NCD. Generally, both G and NCD exhibited better properties for osteoblast cultivation than control tissue culture polystyrene. Better cell adhesion but lower cell proliferation were observed on NCD compared to G. The most surprising finding was that hydrophobic G with nanowrinkled topography enhanced cell proliferation extensively, in comparison to hydrophilic and flat G and both NCDs (hydrophobic and hydrophilic) with slightly higher roughness. Promoted cell proliferation enables faster cell colonization of G and NCD substrates, meaning faster new tissue formation which is beneficial in biomedical applications. Furthermore, it was shown that osteoblast adhesion was promoted in the initial absence of fetal bovine...

In der vorliegenden Dissertation werden verschiedene plasmonisch aktive Kern/Schale- Nanopartikel synthetisiert, experimentell und theoretisch charakterisiert und in analytischen Anwendungen der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (engl. surface-enhanced Raman scattering, SERS) eingesetzt. Es werden die optischen Eigenschaften von Gold/Silber-Nanoschalen mit durchstimmbaren Plasmonbanden behandelt. Motivation dafür ist die Frage nach optimalen SERS-Markern für die rote Laseranregung (λ = 632.8 nm). In SERS-Anwendungen gibt es die Möglichkeit mehrere Marker-Moleküle auf die Oberfläche der Nanopartikel aufzubringen, um so eine erhöhte Multiplexing-Kapazität zu generieren. Diese Option der gemischten Monolagen wird in der vorliegenden Arbeit untersucht. Es werden SERS-Marker-Konzepte für die rote Laseranregung basierend auf einzelnen Nanopartikeln gezeigt. Außerdem wird dargestellt, inwieweit sich durch die Anordnung von Nanopartikeln in allen drei Raumdimensionen neue SERS-Marker- Konzepte mit sehr guten plasmonischen Eigenschaften realisieren lassen. In den oben beschriebenen Kapiteln übernehmen Nanopartikel die Rolle des SERS-Substrats für den selektiven Nachweis eines bestimmten Zielmoleküls (z.B. Antigens). Neben diesen Anwendungen können Nanopartikel jedoch auch noch als SERS-Substrat für die markierungsfreie Detektion von Analytmolekülen eingesetzt werden. In dieser Dissertation wird die Herstellung, Charakterisierung und der Einsatz eines integrierten SERS-Substrats für die kombinierte Festphasensynthese und Analytik mittels plamonisch aktiver Gold/Glas-Kern/Schale-Nanopartikel auf Harz-Mikrokugeln behandelt.

Nanokristalline Permanentmagnete zeigen ungewöhnliche magnetische Eigenschaften aufgrund von Oberflächen- und Grenzflächeneffekten, die verschieden von denen massiver oder mikrokristalliner Materialien sind. Diese Arbeit zeigt Ergebnisse einer systematischen Untersuchung der Beziehung zwischen Mikrostruktur und magnetischen Eigenschaften von isotropen nanokristallinen (Nd,Pr)(Fe,Co)B-Permanentmagneten. Hochkoerzitive Magnete vom Typ (Nd,Pr)FeB wurden durch hochenergetisches Mahlen in der Kugelmühle oder Rascherstarrung hergestellt. Der Einfluss geringer Mengen von Zusätzen wie Dy und Zr und die Substitution von Nd durch Pr auf die magnetischen Eigenschaften wird dargestellt. Weiterhin wurde eine Einschätzung des Warmumformverhaltens dieser Materialien durchgeführt. Hochenergetisches Kugelmahlen einer Legierung mit der Anfangszusammensetzung Pr9Nd3Dy1Fe72Co8B6.9Zr0.1 führte, nach Glühbehandlung, zu fast einphasigem Magnetpulver mit einem maximalen Energieprodukt von (BH)max~140 kJm-3. Das hochenergetische Kugelmahlen wurde zu einer sehr vielseitigen Technik zur Herstellung hochleistungsfähiger Nanokompositmagnete weiterentwickelt. Das Zulegieren unterschiedlicher Anteile von weichmagnetischem alpha-Fe ist damit sehr effektiv möglich. Der Zusatz von 25 Gew.-% alpha-Fe führt zu einem hohen (BH)max=178kJm-3. Dies wird auf eine sehr effektive Austauschkopplung zwischen den hart- und weichmagnetischen Phasen zurückgeführt. Die Natur der intergranularen Wechselwirkungen kann durch die Wohlfarth´sche Remanenzanalyse (?deltaJ-plot¡§) beschrieben werden. Im speziellen wurden deltaJ-Diagramme für verschiedene (i) alpha-Fe Gehalte, (ii) Korngrößen und (iii) Austauschlängen erstellt. Es konnte gezeigt werden, dass in den Nanokompositmagneten auf Pr-Basis keine Spinumorientierung auftritt. Abschließend zeigt die Arbeit die Möglichkeit der Nutzung einer mechanisch aktivierten Gas-Festkörper-Reaktion auf, mit der eine sehr feinkörnige Mikrostruktur erhalten wird. Die Untersuchungen wurden mit stöchiometrischen Nd2(Fe1-xCox)14B-Legierungen begonnen (x=0-1). Die Verbindungen wurden unter höheren Wasserstoffdrücken und Temperaturen gemahlen, wodurch sie zu NdH2+delta und krz-(Fe,Co) (x=0-0.75) oder kfz-Co (x=1) entmischt wurden. Die Korngrößen des rekombinierten Nd2(Co,Fe)14B-Materials liegen im Bereich von 40-50 nm. / Nanocrystalline permanent magnets present unusual magnetic properties because of surface/interface effects different from those of bulk or microcrystalline materials. This work presents results of a systematic investigation of the relationship between microstructure and magnetic properties in isotropic nanocrystalline (Nd,Pr)(Fe,Co)B permanent magnets. Highly coercive (Nd,Pr)FeB-type magnets have been produced using high energy ball milling and melt-spinning. The influence of small amounts of additives, Dy and Zr, and the substitution of Nd by Pr on the microstructural and magnetic properties are shown. An assessment of the hot deformation behaviour has been carried out. Intensive milling of an alloy with starting composition Pr9Nd3Dy1Fe72Co8B6.9Zr0.1 yields, after annealing treatment, nearly single-phase magnet powders with a maximum energy product (BH)max?î140kJm-3. Co has a beneficial effect on the intrinsic magnetic properties but also on the microstructure, with a mean grain size of 20nm. Intensive milling is used to produce high-performance nanocomposite magnets by blending this latter alloy with different fractions of soft magnetic alfa-Fe. Addition of 25wt.% alfa-Fe leads to a high (BH)max=178 kJm-3 due to an effective exchange-coupling between the hard and the soft magnetic phases. The intergrain interactions between the crystallites of the nanocomposite structure are analysed. Demagnetisation recoil loops of the nanocomposite magnets show relatively open minor loops due to the exchange-spring mechanism. Information about the intergrain interactions during demagnetisation are obtained by plotting the deviation of the demagnetising remanence from the Wohlfarth-model (¡§deltaJ-plot¡¨). Exchange-coupling phenomena are studied by analysing the evolution of the corresponding deltaJ values when varying (i) the alfa-Fe content, (ii) the annealing temperature, i.e. the grain size and (iii) the measurement temperature. Low temperature measurements do not reveal any sign of spin reorientation for these Pr-based nanocomposite magnets. The work concludes showing the possibility of using a mechanically activated gas-solid reaction to obtain an effective grain refined microstructure starting from stoichiometric Nd2(Fe1-xCox)14B alloys (x=0-1). These compounds were milled under enhanced hydrogen pressure and temperature leading to their disproportionation into NdH2+delta and bcc-(Fe,Co) (x=0-0.75) or fcc-Co (x=1). Grain sizes of recombined Nd2(Fe,Co)14B materials were found to be 40-50nm.

<p dir="ltr">Nanocrystalline materials have unique properties such as high ultimate strength and superior hardness. However, they also exhibit some disadvantages, such as low thermal stability. An effective strategy to address this issue is alloying with other materials. Grain boundaries play a pivotal role in property prediction due to their orientation between grains and the complexity of their structure. The prediction of structure-property relationships for GBs with microstructural complexity represents a difficult challenge.</p><p dir="ltr">To understand the effects of dopants on the material properties of grain boundaries, we constructed some bicrystal models for Al and Mg-doped Al (Al-Mg) alloys. Findings from shearing simulations of these GBs indicate that the GB structure and dopant distribution can influence GB migration. Dopants inhibit GB migration at certain GBs, effectively reinforcing these GBs. Shear-coupled GB migration in pure Al, as well as dopant inhibition of GB Al-Mg alloys, both contribute to the mechanisms of GB migration.</p>

No / The objective of this review is to provide an overview concerning what the authors believe to be the most important photoelectrochemical techniques for the study of semiconductor nanoparticles. After a short historical background and a brief introduction to the area of photoelectrochemistry, the working principles and experimental setups of the various static and dynamic techniques are presented. Experimental details which are of crucial importance for their correct execution are emphasized, and applications of the techniques as found in the recent research literature as applied to semiconductor nanoparticles are illustrated.

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