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Nanostrukturen und optische Materialien

Wichtige Ziele der Nanowissenschaften sind neue Materialien und Bauelemente. Diese können bekannte physikalische Phänomene ausnutzen, die durch die Nanostrukturierung verbessert werden, oder ganz neue Prinzipien anwenden. Neue Materialien - physikalische Phänomene - neue Prinzipien, in diesem Spannungsfeld bewegen wir uns mit unseren Forschungsprojekten.

Unsere Interessensgebiete sind:

•    Photonische Kristalle, insbesondere künstliche Opale
•    Hierarchische Materialien
•    Selbstassemblierung and Selbstorganisation
•    Gerichtete Selbstassemblierung
•    Alternative Prinzipien für Solarzellen, Grätzelzellen

Frank Marlow

Priv.-Doz. Dr. Frank Marlow

Seit 2009
Privatdozent an der Universität Duisburg-Essen
1999-2009
Vorlesungen an der Freien Universität Berlin, Universität Münster, Universität Duisburg-Essen
Seit 1999
Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim/Ruhr
1999
Habilitation an der Freien Universität Berlin
1998-1999
Forschungsaufenthalt an der Universität von Kalifornien, Santa Barbara
1991-1998
Zentrum für heterogene Katalyse und Institut für Angewandte Chemie in Berlin-Adlershof
1988-1991
Zentralinstitut für Physikalische Chemie in Berlin
1988
Promotion
1986
Diplom
1981-1986
Physikstudium Humboldt Universität Berlin
1960
Geboren in Fürstenwalde, Deutschland

Vorlesung Sommersemester (ab 2012), Universität Duisburg-Essen
Aktuelle Probleme der Nanostrukturphysik: Molekulare Materialien

Modulare Konstruktionen auf der nm-Skala ermöglichen eine scheinbar unübersehbare Variabilität von Materialien, neuartige Materialeigenschaften und das Maßschneidern von Funktionswerkstoffen. Moleküle sind dabei die kleinsten Untereinheiten. Verschiedene molekulare Materialen werden in der Vorlesung beschrieben und vor allem unter dem Blickwinkel der Materialforschung beleuchtet. Der Semesterkurs ist geeignet für Studenten mit Grundkenntnissen in Quantenmechanik, Thermodynamik und Spektroskopie.
Vorlesungssprache: deutsch.

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S

Vorlesung Wintersemester (2012/13), Universität Duisburg-Essen,                             Aktuelle Probleme der Nanostrukturphysik: Photonische Kristalle

Was haben Schmetterlinge, Opale und Metallic-Lackierungen von Autos gemeinsam? - Die Farben werden durch Nanostrukturen mit Strukturabmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge erzeugt. Periodische Strukturen dieser Art werden Photonische Kristalle genannt und können viele interessante optische Effekte zeigen. In dieser Vorlesung werden die theoretischen Grundlagen und die Herstellungskonzepte von Photonischen Kristallen erläutert.

Die Vorlesung wird nach Absprache deutsch oder englisch gehalten.

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W

Seit 2010
Mitglied "CENIDE" (Duisburg)
Seit 2009
Mitglied des NanoEnergieTechnikZentrum "NETZ" (Duisburg)
Seit 2009
Privatdozent an der "Universität Duisburg-Essen"
Seit 2003
Mitglied der International Max Planck Research School "SurMat" (Düsseldorf)
2014

M. Muldarisnur, F. Marlow:
Observation of Nano-Dewetting in Colloidal Crystal Drying. Angew. Chem. Int. Ed. Volume 53, Issue 33, 2014, 8761-8764
DOI: 10.1002/ange.201402423

2013

Tian-Song Deng, P. Sharifi, F. Marlow:
Opal Shell Structures: Direct Assembly versus Inversion Approach
ChemPhysChem 2013, 14, 2893-2896.
DOI: 10.1002/cphc.201300456

T. R. Khan, A. Vimalanandan, A. Erbe, F. Marlow, M. Rohwerder:
Electro-codeposition of Modified Silica Colloids and Copper.
Z. Phys.Chem. 227 (2013) 1083-1095.
DOI: 10.1524/zpch.2013.0365

H. Wiggers, D. Schunk, F. Marlow:
Hierarchische Strukturen aus Nanopartikeln für Solarzellen, Opal-artige Materialien und Mikrolinsen.
Unikate Universität Duisburg-Essen Nr. 43 (2013)  42-51
(ISBN: 978-3-934359-39-0)

2012

Khan, Tabrisur; Vimalanandan, Ashokanand; Marlow, Frank; Erbe, Andreas; Rohwerder, Michael: Existence of a lower critical radius for incorporation of silica particles into zinc during electro-codeposition.
ACS Applied Materials & Interfaces, 2012, 4 (11), 6221-6227.
DOI:10.1021/am301821m.

M. Muldarisnur, I. Popa, and F. Marlow:
Angle-resolved transmission spectroscopy of opal films.
Phys. Rev. B 86 (2012) 024105.
DOI: 10.1103/PhysRevB.86.024105

P. Sharifi ,  H. Eckerlebe, F. Marlow:
SANS analysis of opal structures made by the capillary deposition method.
Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 10324–10331,
DOI: 10.1039/C2CP40825B

D. Schunk, S. Hardt, H. Wiggers, F. Marlow:
Monodisperse titania microspheres via controlled nanoparticle aggregation.
Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 7490-7296.
DOI: 10.1039/C2CP40658F

T.-S. Deng and F. Marlow:
Synthesis of Monodisperse Polystyrene@Vinyl-SiO2 Core@Shell Particles and Hollow SiO2 Spheres.
Chem. Mater. 24 (2012) 536-546.
DOI: 10.1021/cm203099m

D. Schunk, F. Marlow:
Nanopartikel-Aggregate: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile …
NanoEnergie 7 (CENIDE Newsletter Juni 2012)
http://www.uni-due.de/imperia/md/content/cenide/nanoenergie_07_2012_web.pdf

2011

Muldarisnur and F. Marlow: Opal Films: Crystal Orientation and Defects. J. Phys. Chem. C 115 (2011) 414–418

F. Marlow, M. Muldarisnur, P. Sharifi, H. Zabel: Interpretation of Small Angle Diffraction Experiments on Opal-like Photonic Crystals. Phys. Rev. B
84 (2011) 073401. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.073401

T. R. Khan, A. Erbe, M. Auinger, F. Marlow, M. Rohwerder:
Electrodeposition of Zinc Silica Composite Coatings: Challenges in Incorporation of Functionalized Silica Particles within the Zinc Metal Matrix, Sci. Technol. Adv. Mater. 12 (2011), no. 055005, 1-9,
http://edoc.mpg.de/572368
 

2009

C. R. Mendonca, D. S. Correa, F. Marlow, T. Voss, P. Tayalia, E. Mazur:
Three-dimensional fabrication of optically active microstructures containing an electroluminescent polymer.
Applied Physics Letters 95 (2009) 113309. DOI:10.1063/1.3232207

Frank Marlow, Muldarisnur, Parvin Sharifi, Rainer Brinkmann, and Cecilia Mendive: Opals:
Status and Prospects (Invited Review)
Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6212 – 6233 » details, Angew. Chem. 2009, 121, 6328 – 6351

Ahmed S.G. Khalil, Frank Marlow:
Controlled Growth of SBA-3-like Hierarchical Assemblies on Different Homogeneous and Patterned Surfaces.
Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1114, 2009.

2008

I. Popa, F. Marlow:
Post-deposition opal evolution.
ChemPhysChem 9 (2008) 1541-1547.

D. Konjhodzic, S. Schröter, F. Marlow,
Ultra-low refractive index mesoporous substrates for waveguide structures.
In: Nanophotonic Materials (Eds.: R.B. Wehrsporn, H. Kitzerow, K. Busch) Wiley-VCH 2008 (Reprint von Nr. 90).

M. Tiemann, F. Marlow, J. Hartikainen, Ö. Weiss, M. Lindén:
Ripening Effectsf in ZnS Nanoparticles.
J. Phys. Chem. C, Vol. 112, No. 5 (2008) 1463

2007

J. H. Wülbern, M. Eich, U. Hübner, R. Boucher, F. Marlow, W. Volksen:
Omni-directional photonic band gap in polymer photonic crystal slabs.
Appl. Phys. Lett.91, 22, 221104, (2007)

T. Voss, G. T. Svacha, E. Mazur, S. Müller, C. Ronning, D. Konjhodzic, F. Marlow:
High Order Waveguide Modes in ZnO Nanowires.
Nano Letters 7 No. 12 (2007) 3675 DOI: 10.1021/nl071958w

F. Schüth, F. Marlow.
Colloidal crystals find new order. (News and Views)
Nature Vol 449 (2007) 550, DOI:10.1038/449550a

F. Marlow, A. S. G. Khalil, M. Stempniewicz:
Circular mesostructures: Solids with novel symmetry properties.
Invited Feature. J. Mater. Chem. 17 (2007) 2168-2182 DOI:10.1039/B700532

F. M. Stempniewicz, M. Rohwerder, F. Marlow:
Release from SBA-3-like Fibers: Cross-wall Transport and External Diffusion Barrier. ChemPhysChem 8 (2007) 188.

D. Konjhodzic, S. Schröter, F. Marlow,
Ultra-low refractive index mesoporous substrates for waveguide structures.
phys. stat. sol. (a) 204 (2007) 3676-3688. DOI: 10.1002/pssa.200776405.

Magdalena Stempniewicz, Ahmed S. G. Khalil, Michael Rohwerder, and Frank Marlow:
Diffusion in Coiled Pores - Learning from Microrelease and Microsurgery.
J. Am. Chem. Soc.129 (2007) 10561. DOI: 10.1021/ja0728167.

M. Stempniewicz, M. Rohwerder, F. Marlow:
Release of Guest Molecules from Modified Mesoporous Silica.
Stud. Surf. Sci. Catal. 165 (2007) 825-828.

 

Montag, 14:00 - 15:00 Uhr , wöchentlich , Seminarraum Altbau

Aktueller Seminarplan unter:
W:\Workgroup Marlow\Seminars-AGMarlow & other

Vorlesung Sommersemester (ab 2012), Universität Duisburg-Essen
Aktuelle Probleme der Nanostrukturphysik: Molekulare Materialien

Modulare Konstruktionen auf der nm-Skala ermöglichen eine scheinbar unübersehbare Variabilität von Materialien, neuartige Materialeigenschaften und das Maßschneidern von Funktionswerkstoffen. Moleküle sind dabei die kleinsten Untereinheiten. Verschiedene molekulare Materialen werden in der Vorlesung beschrieben und vor allem unter dem Blickwinkel der Materialforschung beleuchtet. Der Semesterkurs ist geeignet für Studenten mit Grundkenntnissen in Quantenmechanik, Thermodynamik und Spektroskopie.
Vorlesungssprache: deutsch.

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Vorlesung Wintersemester (2014/15, Universität Duisburg-Essen):
Elemente der Photonik: Photonische Kristalle

Schmetterlingsflügel und Opale als Bauelemente für optische Computer? – Nanostrukturen mit Abmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge sind sowohl in der Photonik aus auch in diversen natürlichen Systemen interessant.
Periodische Strukturen im sub-Mikrometerbereich werden Photonische Kristalle genannt. Sie sind eine Spielwiese für Theorie und Experiment und können viele interessante optische Effekte zeigen. In dieser Vorlesung werden die theoretischen Grundlagen und die Herstellungskonzepte von Photonischen Kristallen erläutert.

Die Vorlesung wird nach Absprache deutsch oder englisch gehalten.

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Download Skripte Teil 1

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DFG Schwerpunkt 1113 "Photonische Kristalle"

EURESCO Conference: Guest-Functionalized Molecular-Sieve Systems, Hattingen 2004
 

Other Authors on Our Works 

 "Coiled Stones" Max Planck Society, Press Release, June 13, 2006

"Hariboschnecken im Reagenzglas" Max-Planck-Gesellschaft, Presseinformation, May 8, 2006

"Gas Diffusion and Microstructral Properties of Ordered Mesoporous Silica Fibres-"
Y.S. Lin and H. Alsyouri, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11606

"Chemists direct silicon oxide into a selected hierarchical structure"
www.physorg.com, June 14, 2006

"Schnecken im Reagenzglas" in www.chemie.de, May 2006

"The Architecture of the Very Small"
Nancy K. McGuire, Today´s Chemist at Work, November 2003



Fotos

Impressionen vom Tag der offenen Tür am 24. Mai 2014

 

Forschungsthemen

Opale und Photonische Kristalle
Opale und Photonische Kristalle

Opale und Photonische Kristalle

Opale sind nicht nur schön anzusehen, sondern sie haben auch grundlegende Bedeutung als Prototypen für photonische Kristalle. Wie beispielsweise in unserem neusten Übersichtsartikel beschrieben, können Sie zu neuen Materialien in der Photonik oder Photokatalyse führen.
Das entscheidende Problem der Opale sind ihre spontanen Defekte und der zielgerichtete Einbau von Defekten mit speziellem Design.  In diesen Arbeiten beschreiben wir die grundlegenden Ideen und Methoden der Forschungsgruppe:


Übersichtsartikel:

F. Marlow, Muldarisnur, P. Sharifi, R. Brinkmann, C. Mendive:
Opals: Status and Prospects
Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6212
DOI: 10.1002/anie.200900210

Herstellung von PhCs:
F. Marlow, W. Dong:
Engineering Nanoarchitectures for Photonic Crystals.
ChemPhysChem. 4 (2003) 549
DOI: 10.1002/cphc.200200531

H. Li, F. Marlow:
Controlled Arrangement of Colloidal Crystal Strips.
Chem. Mater. 2005, 17, 3809
DOI:10.1021/cm051114i


Eigenschaften von Opalen:
Muldarisnur and F. Marlow:
J. Phys. Chem. C 115 (2011) 414
(We describe some unique properties of opals made by the capillary deposition method)
DOI:10.1021/jp108975p

Herstellung leistungsfähiger PhC Bausteine:

Tian-Song Deng, P. Sharifi, F. Marlow:
Opal Shell Structures: Direct Assembly versus Inversion Approach
ChemPhysChem 2013, 14, 2893-2896.
DOI: 10.1002/cphc.201300456
 

Festkörper mit neuartigen Symmetrieeigenschaften
Festkörper mit neuartigen Symmetrieeigenschaften

Festkörper mit neuartigen Symmetrieeigenschaften

Mesoporöse Strukturen sind mehr als nur Materialien mit Poren (2 nm < dmeso < 50 nm) die größer sind als Mikroporen (dmicro < 2 nm). Viel mehr zeigen sie neue Strukturen, Formen und Symmetrien, die neue Eigenschaften induzieren und ungeahnte Anwendungenmöglichkeiten erkennen lassen. Ein zentraler Punkt unserer Forschung ist eine besonders perfekte Gruppe von mesoporösen Strukturen (Circulite), die kreisformig angeordnete Poren besitzen und ein neues Symmetrieverhalten aufweisen. Diese Strukturen sind streng definierte Hierarchien und können als Prototyp für die Beschreibung und die Bildung von hierarchischen Strukturen dienen. Hierbei wird das „Coiling“ als ein allgemeiner Ansatz zur Bildung von Hierarchien angesehen. Die Steuerung und Gestaltung von hierarchischen Strukturen sind das Endziel und konnten für diesen Hierarchie-Typ angewandt werden. Wir haben auch gezeigt, dass Oberflächen für die Auswahl der speziellen Hierarchie, ihrer Positionierung und ihrer Ausrichtung verwendet werden können. Eine molekulare Strukturierung eines Trägers führt zu hochdefiniertem Wachstum einer hierarchischen Anordnung mit 4 Hierarchie-Ebenen. Die Eigenschaften dieser Hierarchien können sehr spezifisch sein, wie z.B. das Diffusionsverhalten. Wichtige Ergebnisse sind in den folgenden Artikeln beschrieben:


Magdalena Stempniewicz, Ahmed S. G. Khalil, Michael Rohwerder, and Frank Marlow:
Diffusion in Coiled Pores - Learning from Microrelease and Microsurgery.
J. Am. Chem. Soc.129 (2007) 10561. 
DOI: 10.1021/ja0728167


F. Marlow, A. S. G. Khalil, M. Stempniewicz:
Circular mesostructures: Solids with novel symmetry properties. Invited Feature.
J. Mater. Chem. 17 (2007) 2168-2182
DOI: 10.1039/B700532F

A. S. G. Khalil, D. Konjhodzic, F. Marlow:
Hierarchy Selection, Position Control, and Orientation by Patterned Surfaces.
Adv. Mater. Vol 18, (2006) 1055.  
DOI: 10.1002/adma.200502238
 

Low-n films und andere optische Materialien
Low-n films und andere optische Materialien

Low-n films und andere optische Materialien

Eine Vorstufe für ein effizientes „molding the flow of light” mittels photonischer Kristalle ist das „molding“ von Materialien in die gewünschten Nanostrukturen. Sehr oft können konventionelle Materialien und Verarbeitungstechniken die theoretischen Anforderungen an die Werkstoffe und Strukturen nicht erfüllen.
Sol-Gel-Verfahren ermöglichen die Materialbearbeitung in Opal-Poren und das kontrollierte Einbringen von Poren in Materialien. Die Porosität kann zur Herabsetzung des Brechungsindex und zur Spannungsrelaxation verwendet werden. Beispiele dafür sind Filme mit sehr niedrigem Brechungsindex als Träger für 2D photonische Kristalle, photonische Sklettstrukturen und ferrroelektrische Filme mit hoher Transparenz. Insbesondere sind wir in der Lage, mesoporöse Filme mit einem Brechungsindex von 1,14 für den Einsatz in Wellenleitersystemen herzustellen. Wichtige Ergebnisse sind in den folgenden Artikeln beschrieben:


M. Schmidt, G. Boettger, M. Eich, W. Morgenroth, U. Huebner, H. G. Meyer, D. Konjhodzic, H. Bretinger, F. Marlow:
Ultra low refractive index substrates – a novel base for photonic crystal slab waveguides.
Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 16-18. Web-Reprint: Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, 10 (2004) Issue 2
DOI:10.1063/1.1767962

D. Konjhodzic, H. Bretinger, U. Wilczok, A. Dreier, A. Ladenburger, M. Schmidt, M. Eich, F. Marlow:
Low-n Mesoporous Silica Films: Structure and Properties.
Applied Physics A 81 (2005) 425
DOI:10.1007/s00339-005-3244-y

F. Marlow, M.D. McGehee, D. Zhao, B.F. Chmelka, G.D. Stucky:
Doped mesoporous silica fibers: A new laser material.
Adv. Mater. 11 (1999) 632.
DOI:10.1002/(SICI)1521-4095(199906)11:8<632::AID-ADMA632>3.0.CO;2-Q

J. Loerke, F. Marlow:
Laser Emission from Dye-Doped Mesoporous Silica Fibers.
Adv. Mater. 14 (2002) No. 23
DOI: 10.1002/1521-4095(20021203)14:23<1745::AID-ADMA1745>3.0.CO;2-M
 
 

Nanopartikel-Aggregate
Nanopartikel-Aggregate

Nanopartikel-Aggregate

In verschiedensten Syntheseverfahren werden zwar viele Bausteine fabriziert, aber wie fügt man sie sinnvoll zusammen? Hierfür gibt es wahrscheinlich keine universelle Technik. Sinnvolle Bauelemente werden aus Nanopartikeln nur durch eine Hierarchie von Zusammenbauschritten entstehen. Die Aggregation in Emulsionen ist dabei ein erfolgversprechendes Tool auf der niedrigsten Hierarchieebene.

Publikation:
D. Schunk, S. Hardt, H. Wiggers, F. Marlow:
Monodisperse titania microspheres via controlled nanoparticle aggregation.
Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (2012) 7490-7496.
DOI: 10.1039/C2CP40658F

Allgemeine Beschreibung:
D. Schunk, F. Marlow: NanoEnergie 7
(CENIDE Newsletter Juni 2012)

 

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