Ziel der Arbeit war die Synthese von ZnS, welches strukturell natürlichen Sphalerit imitieren und für die Untersuchung und Optimierung von biologischen Laugungsexperimenten genutzt werden soll. Zur Herstellung von chemisch reinem sowie mit den Wertelementen Indium, Kupfer und Eisen dotierten ZnS wurden vier verschiedene Synthesemethoden getestet: Ofentempern, chemische Gasphasentransportreaktion (CVT), feldunterstütztes Sintern (SPS) und die Hochdruck-Hochtemperatur-Synthese (HP/HT). Es folgte die Charakterisierung der synthetisierten Produkte hinsichtlich der Realstruktur und chemischen Reinheit mittels XANES, REM, XRD, EPMA und nasschemischer Verfahren. Abschließend wurden die Synthesemethoden nach ihrer Effizienz evaluiert. Das Ziel, defektfreies kubisches ZnS zu erzeugen, wurde nur mittels CVT und HP/HT erreicht. In dieser Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass der Einbau von Indium ohne gleichzeitige Aufnahme von Kupfer bis zu 1 Ma-% möglich ist.:Abbildungsverzeichnis VII
Tabellenverzeichnis XI
Abkürzungen, Akronyme und Symbole XII
Einheiten XV
1 Einleitung 1
2 Forschungsstand zur Synthese von Zinksulfid 6
2.1 Kristallographie von ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 p-T -Phasendiagramm von ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Synthesematerial 15
3.1 Gefälltes ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Dotierungsmaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3 Recherche zu kommerziellen Metallsulfiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4 Synthesemethoden 21
4.1 Ofentempern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2 FAST-SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.3 CVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4 HP/HT-Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.4.1 Toroid-Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.4.2 HP/HT-Experimentalaufbau und -ablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.4.3 HP/HT-Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5 Analysemethoden 42
5.1 ICP-MS & ICP-OES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.2 XRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3 UV-VIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.4 REM-EDX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.5 EBSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.6 EPMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.7 XANES Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.8 Ramanspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.9 Dichtebestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.10 BET-Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6 Ergebnisse 63
6.1 Charakterisierung industriell verfügbarer Materialien und natürlicher Proben . 63
6.1.1 Synthetische, industriell verfügbare Materialien . . . . . . . . . . . . . . 63
6.1.2 Referenzspektren für XANES-Analysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2 Charakterisierung der Synthesematerialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.2.1 ZnS der Leuchtstoffwerke Breitungen GmbH (LWB) . . . . . . . . . . . 74
6.2.2 Dotierungsmaterialien In, Cu und Fe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.3 Charakterisierung der synthetisierten Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.3.1 Einkristalle (CVT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.3.2 Polykristalline Produkte (Ofentempern, FAST-SPS und HP/HT) . . . . 112
6.4 Bestimmung des Stapelfehleranteils mittels Ramanspektroskopie? . . . . . . . . 152
7 Diskussion 155
7.1 Synthesematerialien und industriell verfügbare Materialien . . . . . . . . . . . 155
7.2 Syntheseprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
7.2.1 Syntheseprodukte: Einkristalle (CVT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
7.2.2 Syntheseprodukte: Polykristalline Produkte (Ofentempern, FAST-SPS
und HP/HT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.2.3 Vergleich der Syntheseprodukte: Einkristalle und Polykristalline Produkte 202
8 Laugungsexperimente: Zusammenfassung und Schlussfolgerung 213
9 Schlussfolgerung 220
10 Zusammenfassung 221
Literaturverzeichnis 225
Anhang
A Ergebnispräsentation auf internationalen Fachtagungen 247
B Pulver vs. Kompaktprobe-Diffraktometrie 249
C ZnSdis.str-Datei 252
D Bestimmung der Bandlücke 254
E Messpunkte EPMA 256
F Einwaagen der Synthese 258
G Texturfaktoren der Röntgenbeugung X-Ray Diffraction (XRD)-Analyse 260
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:91078 |
| Date | 07 May 2024 |
| Creators | Heinrich, Sabine Judith |
| Contributors | Heide, Gerhard, Majzlan, Juraj, Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 10.25532/OPARA-299 |
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