Keine halben Sachen

Semiconductor Electrochemistry.Von Rüdiger Memming. Wiley-VCH, Weinheim 2000. X � 399 S.,geb. 298.00 DM. (ca. 152 E).ÐISBN3-527-40147-X

Die Elektrochemie und Photoelektro-chemie der Halbleiter hat in der zweitenHälfte des 20. Jahrhunderts eine seltsa-me Entwicklunggenommen. DieEntdeckung desTransistors auf derBasis von Silicium-und Germanium-Einkrisallen führteMitte der fünfzigerJahre zu Untersu-chungen von Ge-und Si-Elektrodenin wässrigen Elektrolylösungen. Auchein Dioden-Aufbau war mit Halbleiter-elektroden möglich. Bald wurde er-kannt, dass die Ladungsübertragungenin der Grenzschicht mit chemischenProzessen gekoppelt waren: Diese Halb-leiter/Elektrolyt-Dioden waren komple-xere Gebilde als ihre allein aus Fest-körpern aufgebauten Pendants. Zudemwaren damals wichtige In-situ-Untersu-chungen von chemischen Prozessen anOberflächen noch nicht möglich. DasWissen über anodischen Ladungstrans-fer und Oberflächenchemie wuchs inden folgenden Jahrzehnten beträchtlich,und zahlreiche industrielle Verfahrenzur Herstellung von Silicium- und III ±

V-Halbleitern in flüssiger Phase anOberflächen wurden entwickelt.

Ein weiterer bemerkenswerter Zeit-punkt in der Geschichte der Halbleiter-Elektrochemie ist das Jahr 1972, alsFujishima und Honda feststellten, dassthermodynamisch ungünstige elektro-chemische Reaktionen wie die Zerle-gung von Wasser in Wasserstoff undSauerstoff bei Raumtemperatur durchphotoangeregte Elektronen und Löcherin Halbleitern gefördert werden können.Somit können Halbleiter/Elektrolyt-Bauteile zur Umwandlung von Sonnen-energie in chemische Energie in Formvon Brennstoffen genutzt werden. Au-ûerdem kann die elektrochemischeSpannung von photoangeregten Elek-tronen und Löchern in einem Halbleiterdazu verwendet werden, in einem exter-nen Stromkreis elektrische Arbeit zuverrichten.

Die Energiekrise in den siebzigerJahren führte zu einem gewaltigen An-stieg der Forschungsaktivitäten auf demGebiet der photochemischen und pho-toelektrochemischen Reaktionen anEinkristall-Halbleiterelektroden. Wis-senschaftler der unterschiedlichstenFachgebiete, von der Festkörperphysikbis zur Katalyse, zog es in die massivgeförderte Forschung der Halbleiter-Photoelektrochemie. Die Forschung indiesem interdisziplinären Zweig derHalbleiter-Elektrochemie war sicherlicherfolgreich, führte aber auch zu vielenmäûigen Ergebnissen und Verwirrun-gen, sogar als die ersten Prinzipien auf-gestellt wurden. In den achtziger Jahrenlieûen die Forschungsaktivitäten allmäh-lich nach und die Halbleiter-Elektroche-mie wurde zu einer ¹normalenª wissen-schaftlichen Disziplin.

Einige Jahre später wurde entdeckt,dass aus Silicium-Einkristallen durchanodische ¾tzung nanoporöse Netz-werke mit überraschenden optischenEigenschaften erhalten werden können.Die Folge war wiederum ein Ansturmvieler Forschungsgruppen auf die Halb-

leiter-Elektrochemie. Bis zur heutigenZeit wurde eine Reihe von nanostruktu-rierten Halbleitern und Nanokristallenmit auûergewöhnlichen optischen undelektrischen Eigenschaften hergestellt.Die Photoelektrochemie nimmt in die-sem faszinierenden und multidisziplinä-ren Forschungsgebiet einen besonderenPlatz ein.

Rüdiger Memming will in dem vorlie-genden Buch die grundlegenden Prinzi-pien vermitteln, die zum Verständnis derHalbleiter-Elektrochemie und zum Ein-stieg in dieses Forschungsgebiet notwen-dig sind. Der Autor veranschaulichtdiese Grundlagen ausführlich anhandwissenschaftlicher Arbeiten aus den Jah-ren 1960 bis 1990, dem Zeitraum, in demer selbst als Forscher aktiv war. Ange-sichts der verschiedenen wissenschaftli-chen Behandlungen und Betrachtungs-weisen des Themas ist dies keine leichteAufgabe.

Der Leser erfährt in den Kapiteln 1und 2, wie sich Elektronen in Festkör-pern, an Oberflächen und in Grenz-schichten verhalten. In den Kapiteln 3und 5 werden flüssige Lösungen mitIonen und ein Redoxsystem vorgestellt.Auûerdem erfolgt hier eine detaillierteBeschreibung der Halbleiter-Elektrolyt-Grenzschicht. Die Thermodynamik desElektronenübergangs und des Elektro-nentransports in einer elektrochemi-schen Zelle mit einem mit Licht be-strahlten Halbleiter als Arbeitselektrodewird in mehreren Kapiteln eingehendbehandelt.

Die Kinetik des Elektronenübergangszwischen einem Halbleiter und einemRedoxsystem ist ein Schwerpunktthemain der Halbleiter-Elektrochemie. Für eingrundlegendes Verständnis sind hier dieKenntnisse der klassischen Näherungenvon Marcus und Gerischer, die dieReorganisation eines Redoxsystems vordem Elektronenübergang beschreiben,und der anspruchsvolleren quantenme-chanischen Methoden notwendig, dievon Levich und Doganatze eingeführt

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Angew. Chem. 2001, 113, Nr. 20 � WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, 2001 0044-8249/01/11320-4035 $ 17.50+.50/0 4035

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4036 � WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, 2001 0044-8249/01/11320-4036 $ 17.50+.50/0 Angew. Chem. 2001, 113, Nr. 20

und von zahlreichen anderen Theoreti-kern verfeinert wurden. Memming gehtin Kapitel 6 auf diese Theorien näherein, wobei es unvermeidlich zu Verein-fachungen kommt. Der interessierte Le-ser sollte dieses Kapitel nur als Einstiegin die Theorie des Elektronenübergangssehen und sollte nicht zögern, verstärktdie Originalliteratur zum weiteren Stu-dium heranzuziehen. Auûerdem wäre esvon Vorteil, wenn ein Wissenschaftler,dessen Spezialgebiet Elektronentrans-ferprozesse sind, das Kapitel redigierenund nebenbei die Druckfehler in denGleichungen korrigieren würde. Leiderkommen auch in anderen KapitelnDruckfehler in Gleichungen und Nach-lässigkeiten beim Zitieren vor.

In Kapitel 7 wird ein Überblick überdie Grundlagenforschung zu einstufigenElektronenübergängen zwischen einemHalbleiter und einem Redoxsystem ge-geben. Prozesse, die ohne und mit Be-strahlung ablaufen, werden vorgestellt.Komplexere Ladungstransferprozesse,die zu einer Auflösung des Halbleiter-materials führen, werden in Kapitel 8diskutiert. Dieses Kapitel ist ebenfallssehr kompakt, sodass Leser, die sichgenauer über solche Prozesse informie-ren möchten, auf die Originalliteraturzurückgreifen müssen, z. B. über elek-trochemische Oberflächenbehandlun-gen. Eine ausführlichere Liste mit Origi-nalarbeiten wäre in diesem Zusammen-hang wünschenswert.

Das Kapitel 9 gibt einen Einblick indie photoelektrochemischen Reaktio-nen mit Halbleiterpartikeln, deren Grö-ûe im Nanometerbereich liegt und beidenen Gröûen-Quantisierungseffekteauftreten können. Die folgenden Kapitelbefassen sich mit dem photoinduziertenElektronenübergang zwischen Farb-stoffmolekülen und Halbleitern. Im letz-ten Kapitel werden mögliche Anwen-dungen von Halbleiter-Photoelektrodenerörtert.

Wem nützt dieses Buch? Für Neuein-steiger in das Gebiet ist es ein nützlichesWerkzeug bei der Koordination vonInformationen aus allgemeinen Lehrbü-chern der Elektrochemie und der Physi-kalischen Chemie sowie der Originalli-teratur. Erfahrene Forscher finden eineumfassende Zusammenstellung derTheorien und experimentellen Ergeb-nisse aus vielen Teilbereichen der Halb-leiter-Elektrochemie. Semiconductor

Electrochemistry vermittelt sowohl dieGrundlagen als auch aktuelle For-schungsergebnisse; der Stoff wird aus-führlicher behandelt als in vorhergehen-den Büchern zu diesem Thema. Auchneue Entwicklungen wie gröûenquanti-sierte photoelektrochemische Systemeund poröse Farbstoff-sensibilisierte pho-toelektrochemische Solarzellen werdenvorgestellt.

DanieÈl VanmaekelberghUniversität Utrecht (Niederlande)

Lubricants and Lubrication. He-rausgegeben von Theo Mang undWilfried Dresel. Wiley-VCH, Wein-heim 2001. XXXIX � 759 S., geb.328.00 DM (ca. 167 E).ÐISBN3-527-29536-4

Die Verminderung von Reibungsver-schleiû durch Schmierstoffe ist ein wich-tiges und aktuelles Thema. Die Forde-rungen nach Energieeinsparung, Schutzder Rohstoffquellen und Emissionsre-duzierung verlangen die Entwicklungneuer und die Verbesserung vorhande-ner Schmierstoffe, einschlieûlich synthe-tischer Grundöle, Additive und neuerMaterialkombinationen. Zudem müssenneue tribologische Systeme konzipiertwerden für Bereiche wie die Raumfahrt,die Halbleitertechnologie, wofür Ultra-reinstbedingungen erforderlich sind,oder die Miniaturisierung von Reibungs-paaren, wo extreme spezifische Be-lastungen auftreten. Die bisher erschie-nenen Monographien beleuchten dieseszentrale Thema unter verschiedenenGesichtspunkten, z. B. unter chemischen(die Herstellung von Grundölen undAdditiven und ihre Eigenschaften),physikochemischen (Grenzschmierung),physikalischen (Reibung und Ver-schleiû) und technischen Aspekten (Tri-bologie als Systemeigenschaft).

Das vorliegende Buch vermittelt demLeser einen aktuellen Überblick überdie derzeitige Entwicklung und Verwen-dung von Schmierstoffen vermitteln.Neunzehn von siebzehn Autoren verfass-te Kapitel wurden aufgenommen, dieden gesamten Themenbereich ¹Rei-bung/Schmierstoffª abdecken. Gemäûdem Zweck des Buches steht die Vielfaltvon mineralischen und synthetischen

Grundölen und Schmierstoffadditivenund ihr Einsatz als Schmiermittel fürVerbrennungsmotoren (33 Seiten), alsGetriebeöle (39 Seiten), Hydrauliköle(55 Seiten), Verdichteröle (29 Seiten),Turbinenöle (16 Seiten), Arbeitsmediumbei der Metallverarbeitung (135 Seiten),Schmiermittel bei der Verformung(18 Seiten), Schmierfette (43 Seiten)und Festschmierstoffe (21 Seiten) imMittelpunkt.

Weitere Kapitel beschäftigen sich mitSchmierstoffen in der Umwelt (50 Sei-ten) und der Beseitigung gebrauchterSchmieröle. Der Leser wird über diegrundlegenden Gesetze und Richtlinienfür die Verwendung von umweltschädi-genden Komponenten (¹eco-labelsª)verschiedener Länder informiert. Diesbeinhaltet Transportregelungen und-bedingungen zur Verhinderung vonWasser- und Luftverschmutzung, Vor-schriften beim Umgang mit Öl und diezugrundeliegenden nationalen und ISO-Normen.

Das 23 Seiten umfassende Inhaltsver-zeichnis ist sehr ausführlich und erleich-tert dem Leser das Auffinden bestimm-ter Themen auûerordentlich. Im Gegen-satz dazu ist das 10-seitige Stichwortver-zeichnis sehr dürftig und der Stofffüllenicht angemessen.

Auf die Problematik der Schmierungneuer Reibungsysteme, die z. B. auskeramischen Werkstoffen bestehen,wurde leider nicht eingegangen. Zwarspielen diese Systeme in der Technikgegenüber den Systemen mit metalli-schen Reibungspartnern nur eine unter-geordnete Rolle, aber ein Kapitel hätteman diesen keramischen Materialienschon widmen können. Die wichtigstenAnwendungen von Schmiermitteln wer-den in einer umfassenden Einleitungzusammengefasst. Die Autoren sind in-ternational anerkannte Experten vor-nehmlich aus der Industrie. Deshalbwird das Thema ¹Reibung/Schmierstoffªschwerpunktmäûig unter dem Aspektder Anwendung behandelt und die Be-schreibung mechanistischer Effekte, ins-besondere der Wirkung von Additivenauf Reibung und Verschleiû, tritt in denHintergrund. Neuere Ergebnisse vonUntersuchungen der Wirkmechanismenverschiedener Antioxidantien werdenebenso wenig beschrieben wie Modell-substanzen von Grundölen und Additi-ven, die dem interessierten Forscher