Nanocrystalline oxides prepared by mechanochemical reactions
Due to their finite sizes, the surface and interior structures of nanoscale materials prepared by mechanochemical routes may have particular importance for their chemical and physical properties. The structure-property relationships in nanoscale materials is also an area where there is a large scope for further research. In most of the mechanochemically prepared nanostructures, the physics underlying their behavior is understood only incompletely; there is an opportunity now to discover many new properties resulting from the mechanically induced disorder. In line with the above-mentioned challenges, the aims of the Thesis are directed towards basic research tightly connected to the present research trends in the field of mechanochemistry/solid state chemistry. The Thesis has the following overall aims: to prepare novel nanocrystalline oxides (BaFe12O19, SrFe12O19, Mn0.5Zn0.5Fe2O4, CaFe2O4, Fe2SiO4, FeMgSiO4, Mg2SiO4, FeO-SnO2 composites) via homogeneous and heterogeneous mechanochemical reactions; to demonstrate the possibility of performing various types of heterogeneous mechanochemical reactions in oxides such as mechanochemical formation reactions, mechanochemical redox reactions, and mechanochemical decomposition reactions; to obtain quantitative microstructural information on the mechanically induced structural disorder (nonequilibrium cation distribution, noncollinear spin arrangement, deformation of polyhedron geometry) in mechanochemically prepared oxides; to formulate on the basis of the structure refinement the origin of metastability of nanosized mechanically treated solids; to reveal unusual physical (magnetic) behavior of the mechanochemically prepared materials; to understand the unusual properties possessed by nanoscale oxides; to explain the fundamental origin of the size-dependent magnetic properties of materials, i.e., to contribute to the understanding the structure-nanomagnetism relationship in solids prepared by mechanochemical routes.
Wegen der geringen Partikelgrößen nanoskaliger Materialien haben Oberflächen und inneren Strukturen einen wesentlichen Einfluss auf ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Die Aufklärung der Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften nanoskaliger Materialien ist daher ein hochaktuelles Gebiet gegenwärtiger Forschungsanstrengungen. Eine der Herausforderungen stellen hier mechanochemisch hergestellte nanostrukturierte Materialien dar, deren durch mechanisch induzierte Unordnung bedingtes Verhalten oft nur unvollständig verstanden ist. Im Einklang mit diesen Herausforderungen sind die Ziele dieser der Grundlagenforschung verpflichteten Dissertation eng an den gegenwärtigen Forschungstrends im Bereich der Mechanochemie und Festkörperchemie orientiert. Die Dissertation hat folgende übergeordnete Ziele: (1) Die Synthese nanokristalliner komplexer Oxide (BaFe12O19, SrFe12O19, Mn0.5Zn0.5Fe2O4, CaFe2O4, Fe2SiO4, FeMgSiO4, Mg2SiO4, FeO-SnO2) mit Hilfe homogener und heterogener mechanochemischer Reaktionen. (2) Demonstration und Analyse verschiedener heterogener mechanochemischer Reaktionstypen, wie mechanochemische Bildungs- und Redox-Reaktionen, sowie mechanochemische Zersetzungsreaktionen. (3) Die Gewinnung von quantitativen mikrostrukturellen Informationen über mechanochemisch hergestellte komplexe Oxide, wie ihre mechanochemisch induzierte Unordnung, ihre Nichtgleichgewichts-Kationenverteilungen, nicht-kollineare Spin Anordnungen und die Verformung von Polyeder Geometrieen. (4) Das Aufzeigen der Ursache von Metastabilitäten nanokristalliner, mechanisch behandelter Materialien mit Hilfe von Strukturverfeinerungen. (5) Die Demonstration ungewöhnlicher physikalischer (magnetischer) Eigenschaften von mechanochemisch hergestellten Materialien. Es soll (6) ein Beitrag zum besseren Verständnis der Partikelgrößenabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften geleistet werden und (7) zum Verständnis der Struktur-Magnetismus Beziehung in mechanochemisch hergestellten oxidischen Nano-Feststoffen beigetragen werden.
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