Colloidal nanocrystals of metal hexaborides for applications in extreme environments
| Promotie: | S. Mutalik, MSc |
| Wanneer: | 01 april 2025 |
| Aanvang: | 14:30 |
| Promotors: | L. (Loredana) Protesescu, Prof, prof. dr. M. (Moniek) Tromp |
| Waar: | Academiegebouw RUG |
| Faculteit: | Science and Engineering |
Boor nanokristallen voor extreme omstandigheden
Boor is een chemisch veelzijdig element dat verschillende allotropen en metaalboriden (MxBy) vormt, bekend om hun hoge hardheid, hittebestendigheid en stabiliteit. Onder de boorrijke metaalboriden staan metaalhexaboriden (MB₆, M = La, Ce, Sr, Ba, Ca) bekend om hun thermionische emissie, plasmonische eigenschappen en toepassingen in supergeleiding, magnetisme en ultraharde coatings. Vanwege hun sterk covalente aard vereisen ze hoge synthesetemperaturen (>800 °C). In zijn proefschrift onderzoekt Suhas Mutalik de synthese van MB₆ nanokristallen (NCs) bij gematigde temperaturen en hun oppervlaktefunctionalisatie om stabiele colloïdale suspensies te verkrijgen.
Mutalik ontwikkelde een vastestofsynthetische methode om LaB₆ en SrB₆ NCs te produceren, gevolgd door functionalisatie met korte anorganische liganden (BF₄⁻, BI₃) en lange-ketenliganden (oleylamine). Hij gebruikte vloeistof- en vastestof-NMR, STEM en EDX technieken om oppervlakte-interacties te bestuderen. Diffusie-orde spectroscopie (DOSY) bevestigde de aanwezigheid van gebonden en vrije liganden, wat cruciale informatie verschafte over de stabilisatie van NCs.
Mutalik coatte de colloïdale NCs op silicium- en saffiersubstraten om dunne films te vormen. Nano-indenter metingen toonden aan dat SrB₆-BI₃ films een hardheid van 10 GPa en een Young’s modulus van 200 GPa bereikten, terwijl SrB₆-BF₄ films op saffier 300 GPa behaalden. Deze resultaten tonen aan dat boorrijke nanomaterialen prestaties kunnen behalen die dicht bij bulk liggen in dunne films.
Dit werk demonstreert voor het eerst LaB₆ plasmonica in colloïdale oplossing en benadrukt het belang van oppervlaktefunctionalisatie in metaalhexaboride NCs. De inzichten openen nieuwe mogelijkheden voor toepassingen in extreme omgevingen, opto-elektronica en ultraharde coatings.
Suhas Mutalik voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Materials Chemistry.