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Chirality sorting and characterization of ultra-low boron-doped SWCNTs
Alice Kern
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Paola Ayala
DOI
10.25365/thesis.78614
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30785.87413.830517-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Charakterisierung von ultraniedrig Bor dotierten einwändigen Kohlenstoffnanoröhren (CBx-SWNTs) mit fortschrittlichen spektroskopischen Methoden zur Bewertung der physikalischen Eigenschaften und der Qualität von den CBx-SWCNT Proben. Die Substitutionsdotierung von SWCNTs mit Bor ist ein vielversprechender Ansatz um ihre elektronischen und optischen Eigenschaften zu verändern, doch die Reinigung und Sortierung stellt aufgrund der chemischen Komplexität borhaltiger Verbindungen eine große Herausforderung dar. Die Arbeit untersucht das Potenzial von fünf verschiedenen Reinigungsverfahren und die Chiralitätssortierung mittels Dichtegradienten-Ultrazentrifugation (DGU). Die Ergebnisse zeigen einen erfolgreiche Reinigungsmethode, die einen niedrigen Defektindex (I_D/I_G -Verhältnis) von ~ 0,17 erreicht, was auf eine hohe Materialqualität hindeutet. Der Sortierprozess zeigt eine Dominanz der halbleitenden Chiralitäten (6,5), (8,4) und (8,6), die für optoelektronische Anwendungen von großer Bedeutung sind. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein Reinigungsverfahren in Kombination mit der DGU-Sortierung vorgestellt, welche zu einer Probe führt, die vor allem das PL-Signal von drei Chiralitäten zeigt. Dies ist ein Fortschritt in Richtung selektiver Sortierung einzelner Chiralitäten. Während vielversprechende Fortschritte hervorgehoben werden, bleiben die Auswirkungen der Bor-Dotierung auf die Photolumineszenz (PL) und die Absorptionsspektroskopie unschlüssig und bedarf weiterer Untersuchungen. Künftige Forschungsarbeiten sollten sich auf die Optimierung von Tensidkombinationen und die Integration zusätzlicher Sortierungsverfahren zur Verbesserung der Chiralitätsisolierung konzentrieren. Diese Arbeit liefert wertvolle Einblicke in die Charakterisierung verschiedener Reinigungsmethoden und Sortierung von funktionalisierten CBx-SWNTs, welches ihr Potenzial für praktische Anwendungen fördert. Zusammenfassend ist diese Masterarbeit in fünf Kapitel gegliedert, beginnend mit dem Kapitel „Motivation“, in dem die treibenden Faktoren und die Bedeutung dieser Arbeit ausführulich dargelegt werden. Dann folgt das Kapitel „Background“, das einen detaillierten Überblick über die Methoden und Grundsätze gibt, die den optischen und elektronischen Eigenschaften und der Synthese von CBx-SWCNT zugrunde liegen. Im Kapitel „Materials and Methods“ werden die verwendeten Proben und die experimentellen Ansätze beschrieben, wobei der Process für die Chiralitätssortierung mit DGU hervorgehoben wird. In dem Kapitel „Optical spectroscopy Result“ werden die gefundenen Auswirkungen der Reinigungsmethoden auf die Qualität der Probe beschrieben und die Ergebnisse der Chiralitätssortierung dargestellt. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial, mit einem Reinigungsprocess und einem einzigen Sortierschritt eine beträchtliche Menge spezifischer halbleitender Nanoröhren zu erhalten. Das Kapitel „Conclusion and Outlook“ fasst die Schlussfolgerungen aus dieser Arbeit zusammen und erörtert zukünftige Forschungsrichtungen. Dazu gehören auch Vorschläge zur Optimierung der Sortierprozesse von CBx-SWNTs.
Abstract
(Englisch)
This Master’s thesis focuses on the characterization of ultra-low boron-doped single-walled carbon nanotubes (CBx-SWNTs) using advanced spectroscopic techniques to assess the physical properties and the quality of the CBx-SWNTs sample. Substitutional doping of SWCNTs with B is a promising approach to tune their electronic and optical properties. However, the purification and sorting processes presents a significant challenge, due to the chemical complexities of B containing compounds. The thesis examines CBx-SWCNTs samples who have been purified using five different purification pathways and then sorted by Density Gradient Ultracentrifugation (DGU). The potential for chirality sorting using DGU and the different purification pathways for low doped CBx-SWNTs have been evaluated. The results demonstrate a successful purification pathway, achieving a low damage index (I_D/I_G ratio) of ~ 0.17, which indicates high material quality. The sorting process reveals a predominance of the semiconducting chiralities (6,5), (8,4), and (8,6), which are highly relevant for optoelectronic applications. Moreover, this thesis provides a purification pathway combined with DGU, resulting in a sample exhibiting photoluminescence (PL) from only three chiralities, which is a step forward towards single chirality sorting. While promising advancements are highlighted, the impact of B-doping on the PL and absorption spectroscopy response remains inconclusive and requires further investigation. Future research should focus on optimizing surfactant combinations and integrating additional sorting techniques to improve chirality isolation. This thesis contributes valuable insights into the characterization of different purification methods and the sorting of functionalized SWNTs, advancing their potential for practical applications. In summary, this Master thesis is organized into five chapters, starting with a comprehensive 'Motivation' section that outlines the driving factors and significance of this work. Then, 'Background', which provides a detailed synopsis of the methodologies and principles underlying the optical and electronic properties and synthesis of CBx-SWCNT. The 'Material and Methods' chapter elaborates on the materials used and the experimental approaches employed, highlighting the sample preparation and the steps taken towards chirality sorting of CBx-SWNTs with DGU. In the 'Optical spectroscopy Results' chapter the found impact of the purification methods on the quality of the sample will be described as well the results of the chirality sorting are shown. These findings demonstrate the potential for obtaining a substantial amount of specific semiconducting nanotubes via purification and a single sorting step. Finally, the 'Conclusion and Outlook' chapter provides a summary of the drawn conclusions from this work and discusses future research directions. These include suggestions for optimizing sorting processes of CBx-SWNTs.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
SWCNTs
Schlagwörter
(Englisch)
SWCNTs Boron Doped SWCNTs Carbonanotubes Photoluminescence Raman spectroscopy Absorption spectroscopy
Autor*innen
Alice Kern
Haupttitel (Englisch)
Chirality sorting and characterization of ultra-low boron-doped SWCNTs
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
12, 47 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Paola Ayala
Klassifikation
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
AC Nummer
AC17563359
Utheses ID
75770
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |