NMR-Spektroskopie an den intermetallischen Verbindugen Ba$_{21}$Al$_{40}$ und Ba${\it M}_{4}$ mit ${\it M}$= Al, Ga und In

Peters, Volker; Haarmann, Frank; Blümich, Bernhard

doi:36541

NMR-Spektroskopie an den intermetallischen Verbindugen Ba$_{21}$Al$_{40}$ und Ba${\it M}_{4}$ mit ${\it M}$= Al, Ga und In

Peters, Volker

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Volker Peters

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (I, 191 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Haarmann, Frank (Thesis advisor)^RWTH* ; Blümich, Bernhard (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-06-19

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-07849
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/698603/files/698603.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/698603/files/698603.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Festkörperchemie (frei) ; NMR (frei) ; Quantenmechanik (frei) ; Spektroskopie (frei) ; Simulation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Intermetallische Werkstoffe werden aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften in vielen unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Trotzdem basieren die genutzten Herstellungsverfahren auch heute noch zum Großteil auf Erfahrungswissen [1]. Damit eine zielgerichtete Synthese von intermetallischen Werkstoffen mit definierten Eigenschaften möglich wird, muss das Wissen über die chemische Bindung und die Struktur-Bindungs-Eigenschafts-Beziehung in intermetallischen Phasen erweitert werden.Häufig haben Defekte in Kristallstrukturen einen großen Einfluss auf verschiedene Eigenschaften. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit der Aufklärung lokaler Ordnungsphänomene in den Systemen Ba21Al40 und BaM4 mit M = Al, Ga und In und deren Mischungsreihen. Für diese Untersuchungen hat sich die Kombination aus Diffraktion, quantenmechanischen (QM) Berechnungen und NMR-Spektroskopie als geeignet gezeigt [2,3]. Basierend auf Strukturmodellen aus der Diffraktion lassen sich Überstrukturmodelle mit unterschiedlichen lokalen Atomanordnungen erstellen. Durch QM-Berechnungen ist es möglich die NMR-Kopplungsparameter zu ermitteln, die mit den experimentellen verglichen werden können, um einzelne Modelle zu verifizieren, falsifizieren oder weiterzuentwickeln.Mithilfe dieser Methodik konnte festgestellt werden, dass es eine bevorzugte Besetzung der Triel-Elemente auf unterschiedlichen kristallographischen Positionen in den Mischkristallreihen Ba(Al1 xGax)4, Ba(Ga1 xInx)4 und Ba(Al1-xInx)4 gibt. Im BaAl4-Strukturtyp besetzt Ga bevorzugt die fünfbindige (5b)-Position und In die vierbindige (4b)-Position. Al-Atome nehmen in diesen Verbindungen jeweils die andere Position ein. Anhand der NMR-Signale lässt sich erkennen, dass die Substitutionsfehlordnung einen großen Einfluss auf die Ladungsverteilung der umliegenden Atome haben kann.Um diese Informationen aus den NMR-Spektren zu extrahieren, wurde im Rahmen dieser Arbeit das Matlab-Programm Simgui entwickelt, dass NMR-Spektren für unterschiedliche Messmethoden simulieren und Anpassen kann. Dazu kann das Programm Ergebnisse aus QM-Daten bei der Anpassung von NMR-Spektren berücksichtigen. Damit bietet es eine einfache Schnittstelle zwischen QM-Rechnungen und NMR-Spektroskopie, die für die weitere Aufklärung intermetallischer Verbindungen sehr hilfreich sein könnte.[1] R. Nesper,. Angewandte Chemie, 103, 805-834 (1991). [2] O. Pecher, B. Mausolf, V. Peters, K. Lamberts, A. Korthaus, F. Haarmann, Chem. Eur. J., 22(49), 17833-17842 (2016). [3] O. Pecher, B. Mausolf, K. Lamberts, D. Oligschläger, U. Englert, F. Haarmann, Chem. Eur. J., 21(40), 13971-13982 (2015).

Due to the varying properties of intermetallic Compounds, these are used in many different areas. In spite of that, most of the production processes are solely experience-based [1]. To allow the creation of materials with well-defined properties, it is necessary to gain more insight into the chemical bonding and the relationship between structure, bonding and properties. This study discusses the investigation of local atomic order in Ba21Al40 and solid solutions of BaM4 with M = Al, Ga and In because material properties often depend strongly on defects and their concentration. The combination of diffraction, quantum mechanical (QM) calculations and NMR-spectroscopy has proven to be very effective for the investigation of intermetallic compounds [2,3]. Superlattice structure models for different local atomic arrangements can be created based on the crystal structure from diffraction experiments. Subsequently NMR-coupling parameters can be determined via QM-calculations and compared to experimental coupling parameters. This allows the verification, falsification or refinement of the used models.This method was used to detect that the triel-elements preferably occupy different crystallographic sites in the solid solutions Ba(Al1 xGax)4, Ba(Ga1 xInx)4 und Ba(Al1-xInx)4. The Ga-atoms favour the five-bonded (5b) position and In-atoms the (4b) position in the BaAl4-structuretype. The Al-atoms preferably occupy the other site. The NMR-Signals show that, the substitution’s influence is quite strong on the charge distribution of the neighbouring Atoms. The extraction of relevant NMR parameters from experimental data was performed with the Matlab-program Simgui, which can simulate NMR-spectra for various measurement methods and Isotopes simultaneously. Results from QM-calculations can be incorporated into the analysis of experimental NMR-data. These capabilities allow Simgui to be a simple and powerful interface between QM-calculations and NMR-spectroscopy, which might assist in future investigation of intermetallic compounds.[1] R. Nesper,. Angewandte Chemie, 103, 805-834 (1991). [2] O. Pecher, B. Mausolf, V. Peters, K. Lamberts, A. Korthaus, F. Haarmann, Chem. Eur. J., 22(49), 17833-17842 (2016). [3] O. Pecher, B. Mausolf, K. Lamberts, D. Oligschläger, U. Englert, F. Haarmann, Chem. Eur. J., 21(40), 13971-13982 (2015).

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