Justus-Liebig-Universität

Die Arbeitsgruppe von Prof. J. Janek am Physikalisch-Chemischen Institut in Gießen erforscht Festkörper für elektrochemische Energietechnologien, deren Reaktionen und Langzeitstabilität. Sie nutzt eine Vielzahl von präparativen Methoden, um Festkörper zu synthetisieren und in Form keramischer Körper oder dünner Schichten herzustellen. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt in der elektrischen Charakterisierung der Transportprozesse in gemischten Leiten, insbesondere in der Messung von ionischen und elektronischen Teilleitfähigkeiten, aber auch der Untersuchungen der Grenz- und Oberflächeneigenschaften dieser Materialien. Materialien oder Stoffe, die in der Arbeitsgruppe untersucht werden, sind unter anderem ionenleitende oder gemischtleitende Oxide für Anwendungen im Bereich der Katalyse oder Brennstoffzellen. In den letzten Jahren rückten verstärkt Batteriematerialien in den Fokus der Forschungstätigkeiten. Hierbei werden nicht nur die Eigenschaften der Elektroden sowie der verwendeten Elektrolyte in Lithium-Ionen- oder Feststoffbatterien untersucht, sondern insbesondere auch die einzelnen Grenzflächen sowie deren Stabilität.

 

Die Arbeitsgruppe Prof. P. J. Klar untersucht die physikalischen Eigenschaften von mikro- und nanostrukturierten Materialsystemen. Hierbei wird ein besonderes Augenmerk auf die elektronischen, phononischen, magnetischen und plasmonischen Eigenschaften der Nanostrukturen gelegt. Als Materialsysteme werden Halbleiter, Oxide aber auch Metalle für magnetische, elektronische oder thermoelektrische Anwendungen untersucht. Um gezielt die Mikro- und Nanostruktur der verschiedenen Materialien beeinflussen zu können, betreibt die Arbeitsgruppe am I. Physikalischen Institut das Mikro- und Nanostrukturierungslabor, das eine der Methodenplattformen im Zentrum für Materialforschung darstellt. Die Herstellung von einzelnen Nanostrukturen oder Nanostrukturensembles erfolgt hierbei durch top-down Methoden mittels photo- und/oder elektronenstrahllithographischen Methoden oder durch Selbstorganisation von Nanopartikeln. Durch gezielte Kontrolle der Form, Anordnung und Größe der Nanostrukturen werden die Eigenschaften der Materialien kontrolliert und schließlich für mögliche Anwendungen optimiert.  Neben der gezielten Kontrolle der Nanostruktureigenschaften beschäftigt sich die Arbeitsgruppe auch mit der Entwicklung neuer Methoden, um nanoskalige Materialsysteme gezielt untersuchen zu können.

Im Rahmen des Projekts HiKoMat arbeiten beide Arbeitsgruppen an Methoden zur Vermessung der elektronischen und ionischen Leitfähigkeiten einzelner Sekundärpartikel, die in der Arbeitsgruppe Binder hergestellt werden. Hierzu werden Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung genutzt, um einzelne Partikel und Partikelensembles gezielt anzuordnen und deren elektrische Eigenschaften mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie zu untersuchen. Neben der Bestimmung der Teilleitfähigkeiten ist auch die Aufklärung der Einflüsse der verschiedenen inneren Grenzflächen der einzelnen Sekundärpartikel sowie des Grenzflächenwiderstands zwischen den Sekundärpartikeln Ziel der Untersuchungen. Dazu werden die gewonnen Messdaten mit den Struktureigenschaften der Partikel korreliert, welche unter anderem mit den Bildgebungsverfahren der AG Manke aufgeklärt werden.