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Morphological, Structural, and Compositional Characterization of Electrodeposited Bi(1-x)Sb(x) Nanowires

Müller, Sven

German Title: Charakterisierung von Morphologie, Struktur und Zusammensetzung von elektrochemisch hergestellten Bi(1-x)Sb(x) Nanodrähten

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Abstract

Bi$_{1-x}$Sb$_x$ nanowires with controlled diameter ($20$ to $200$,nm) and composition over a wide range from $x = 0$ to $0.5$ and $x=1$ were fabricated by electrochemical deposition in etched ion-track templates. These nanowires are interesting for the investigation of the influence of quantum-size effects on the thermoelectric efficiency. The influence of the electrolyte and the deposition potential on the electrochemical deposition of Bi$_{1-x}$Sb$_x$ nanowires in polymer templates made of polycarbonate (PC) and poly(ethylene terephthalate) (PET) was investigated. Composition, crystalline orientation, and crystallite size of the nanowires were measured using X-ray diffraction and scanning and transmission electron microscopy. It was demonstrated that the composition of the nanowires can be adjusted by the concentrations of bismuth and antimony in the electrolyte and the deposition potential. Nanowires grown in PET exhibited a pronounced surface roughness compared to the nanowires deposited in PC and offer a novel possibility for the structuring of the nanowire surface to increase the thermoelectrical efficiency by enhanced phonon surface scattering. Seebeck coefficient and temperature dependence of the resistance of nanowire arrays were measured in a cryostat for temperatures down to $sim 30$,K. The absolute value of the Seebeck coefficient decreased with decreasing temperature and was lower than the value of the respective bulk material.

Translation of abstract (German)

Bi$_{1-x}$Sb$_x$ Nanodrähte mit kontrolliertem Durchmesser ($20$ bis $200$,nm) und kontrollierter Zusammensetzung von $x = 0$ bis $0.5$ und $x=1$ wurden elektrochemisch in geätzten Ionenspurmembranen hergestellt. Diese Nanodrähte sind von Bedeutung für die Untersuchung des Einflusses von sogenannten Quantum-Size-Effekten auf die thermoelektrische Effizienz. Der Einfluss des Elektrolyten und des Abscheidepotentials auf die elektrochemische Abscheidung von Bi$_{1-x}$Sb$_x$ in Polymertemplaten aus Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET) wurde untersucht. Die Zusammensetzung, die kristalline Orientierung und die Kristallitgröße wurden mit Hilfe von Röntgendiffraktion und Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie gemessen. Die Zusammensetzung der Drähte kann durch die Konzentrationen von Bismut und Antimon im Elektrolyten und die Wahl des Abscheidepotentials festgelegt werden. Nanodrähte, die in PET-Membranen hergestellt wurden, zeigten eine rauhere Oberfläche als Nanodrähte, die in PC-Membranen abgeschieden wurden. Dadurch ergibt sich ein neuer Weg, die Oberfläche von Nanodrähten zu strukturieren, um die Oberflächenstreuung von Phononen zu erhöhen, und damit die thermoelektrische Effizienz zu vergrößern. Der Seebeckkoeffizient und der Temperaturkoeffizient des Widerstandes von Vieldrahtproben wurden in einem Kryostaten bis zu Temperaturen von etwa $30$,K gemessen. Der Betrag des Seebeckkoeffizienten nahm mit sinkender Temperature ab und war niedriger als der Wert des entsprechenden makroskopischen Festkörpers.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pucci, Prof. Dr. Annemarie
Date of thesis defense: 20 June 2012
Date Deposited: 17 Oct 2012 12:58
Date: 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Seebeck-Effekt, Nanodraht, Bismut, Bismutlegierung, Antimon, Antimonlegierung, Galvanische Abscheidung
Uncontrolled Keywords: Nanodrähte , Bismut , Antimon , Seebeckeffekt , elektrochemische Abscheidung , Templatmethodenanowires , bismuth , antimony , Seebeck effect , electrochemical deposition , template method
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