Projekte
Projektbeschreibung
Der triboelektrische Effekt beschreibt das folgende Phänomen: Wenn sich zwei unterschiedliche Materialien berühren und in entgegengesetzte Richtungen bewegen, führt der Unterschied in ihren Elektronenaffinitäten zur Ladungstrennung. Bei Isolatoren ist es allerdings unklar, ob Elektronen, Ionen oder Materialfragmente übertragen werden. In meiner Forschung analysiere ich Topografie und Oberflächenpotenzial von triboelektrischen Grenzflächen vor und nach dem Kontakt. Dazu nutze ich Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Kombination mit einer Kelvin-Sonde. Dieser Ansatz ermöglicht ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen Oberflächeneigenschaften und triboelektrischem Verhalten.
Projektergebnis
In meiner Arbeit haben ich und meine Kollegen AFM eingesetzt, um die Strukturen von Grenzflächen zu untersuchen, die in der Katalyse und Filtration verwendet werden, und den triboelektrischen Effekt für die Energiegewinnung mit Hilfe der Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) und AFM-basierter Kraftspektroskopie untersucht. Im ersten Projekt untersuchten wir Hydrogenase-Enzyme, die die Oxidation von Wasserstoffgas katalysieren. Die AFM-Bildgebung zeigte, dass die Enzyme eine einzige Schicht auf einer bestimmten Oberfläche bildeten. Das zweite Projekt befasste sich mit der Stabilität von porösen Membranen aus einem Blockcopolymer. AFM zeigte, dass die UV-Vernetzung ihre Beständigkeit gegenüber Wasser und Ethanol verbesserte. Wir bestätigten auch, dass eine andere Art von Polymerfilm Nanoporen aufweist, die von der Ozonolyse nicht beeinträchtigt werden. Um den triboelektrischen Effekt zu erforschen, entwickelten wir einen mikroskaligen Triboelektrifizierungstest (TEAMS) mit AFM. Mit KPFM wurden Oberflächenpotenziale ermittelt, während die Kraftspektroskopie die Materialkontakte auf der Mikroskala untersuchte. Wir fanden heraus, dass die Kontakttrennung und die Feuchtigkeit die Ladungserzeugung erheblich beeinflussten. Redoxaktive Moleküle verstärkten den triboelektrischen Effekt, was vielversprechend für triboelektrische Nanogeneratoren ist. Die TEAMS-Methodik bietet wertvolle Einblicke in den triboelektrischen Effekt auf molekularer Ebene.
Erstbetreuer
Prof. Dr. Thorsten Hugel
Mitbetreuer
Dr. Bizan N. Balzer
Qiwei Hu hat seine Dissertation im April 2023 erfolgreich verteidigt.
Dissertation: Atomic force microscopy based characterization of functional interfaces