Oberflächen-Nanostrukturierung

Das sogenannte „UTAM“ Nanostrukturierungsverfahren (UTAM: Ultra-Thin Alumina Mask) stellt eine effiziente und exakt kontrollierbare Alternative zur Strukturierung von Oberflächen mit geordneten Nanostrukturen dar. Dabei kann ein weites Spektrum unterschiedlicher Morphologien hergestellt werden, welches von Nanopunkten und Nanolöchern über Nanodrähten bis zu Nanoröhren reicht. Der besondere Vorteil dieser neuen Methode liegt in der Kombination weitreichender Anwendbarkeit, kontrollierbarer Strukturgrößen und –eigenschaften, geringer Kosten und großen Durchsatzes. Aufgrund dieser höchst vorteilhaften Eigenschaftskombination der UTAM-Methode und den kontrollierbaren Eigenschaften der so hergestellten Nanostrukturen sind diese für eine ganze Reihe zukünftiger Anwendungen prädestiniert.

Ansprechpartner: Dr. M. Peterlechner, Prof. G. Wilde

Atomarer Transport in nanoskaligen und niedrig-dimensionalen Strukturen

Die Kinetik des atomaren Transports an inneren Grenzflächen ist von kritischer Bedeutung für eine ganze Reihe technologischer Anwendungen und bestimmt z.B. die Langzeitstabilität moderner Bauelemente. Gleichzeitig bieten Diffusionsuntersuchungen die nahezu einzigartige Möglichkeit, Informationen über atomare Strukturen, insbesondere Defekte, an einem ausgedehnten Material zu erhalten. Wir sind interessiert an detaillierten Untersuchungen des Atomtransports in submikro- und nanoskaligen Materialien, welche durch verschiedene neuartige Methoden, wie z.B. starke plastische Verformungen, elektrolytische Abscheidung oder rasche Erstarrung hergestellt werden. Die experimentelle und theoretische Analyse der Diffusionseigenschaften niedrig-dimensionaler Strukturen (z.B. Korn- und Phasen-Grenzen, Versetzungen, Poren) bildet einen der Schwerpunkte unserer Forschung. Dabei erfährt der Zusammenhang zwischen den atomaren Transporteigenschaften und der plastischen Verformungsmechanismen nanokristalliner Materialien eine besondere Beachtung. In unserem komplett ausgestatteten und weltweit führenden Diffusionslabor werden Radiotracer-Diffusionsmessungen mit sorgfältigen strukturellen Untersuchungen mittels TEM, hochauflösendem TEM, Rasterelektronmikroskopie, FIB, Röntgenbeugung und optischer Mikroskopie kombiniert.

Ansprechpartner: PD Dr. S. Divinsyi, Prof. G. Wilde

Plastizität in feinskaligen Materialien

Wenn man Metalle plastisch, d.h. bleibend verformt, geschieht dies in erster Linie durch sogenannte Versetzungen. Versetzungen sind linienförmige Kristallbaufehler die einen Kristall abschnittsweise verschieben, ähnlich wie eine Falte im Teppich diesen durchlaufen kann. Um Versetzungen generieren zu können, bedarf es an Quellen, den sogenannter Frank-Read-Quellen. Ein Metall oder Material besteht normalerweise aus einem Verbund einzelner Körner (Polykristall). Die zugehörigen Kornabmessungen können dabei von einigen Zentimetern bis hin zu Nanometern reichen. Allerdings verbindet sich ab einer bestimmten Korngröße, die im Nanometerbreich (< 100 nm) liegt, die Schwierigkeit Versetzungen als Träger der Plastizität über die Frank-Read-Quellen zu aktivieren. Es kommt daher zu einem Wechsel der Verformungsmechanismen, d.h. von versetzungskontrollierten zu korngrenzbasierten Verformungsprozessen. Der aktuelle Stand der Forschung beschäftigt sich nun im Detail mit diesen einzelnen Verformungsprozessen und versucht herauszufinden, wann genau dieser Mechanismenwechsel in einem Material stattfindet. Das geschieht durch gezielte Experimente sowie durch Computersimulationen.

Ansprechpartner: Dr. H. Rösner, Prof. G. Wilde

Phasenumwandlungen in nanoskaligen Systemen

Die Stabilität und Funktionalität eines gegebenen Materials hängt kritisch vom Auftreten oder Ausbleiben von Phasenumwandlungen ab. Trotz der offensichtlichen und großen Bedeutung ist nur wenig über die physikalischen Mechanismen bekannt, welche bestimmen ob, warum und in welcher Weise sowohl die Thermodynamik als auch die Kinetik von Phasenumwandlungen größenabhängig werden, wenn die charakteristische Strukturgröße in den Bereich einiger Nanometer verkleinert wird. Wir untersuchen sowohl experimentell als auch durch analytische Modellierung wie sich die grundlegenden Zusammenhänge zwischen der Strukturgröße, der Defektstruktur, der Topologie von Grenzflächen und der Modifikation der Thermodynamik und Kinetik von reversiblen Phasenumwandlungen auf der Basis konstitutiver Gesetze beschreiben lassen. Um dieses Ziel zu erreichen, wenden wir unterschiedliche Synthesemethoden und kalorimetrische Techniken innerhalb unseres komplett ausgestatteten Thermoanalyselabors an und kombinieren diese mit Untersuchungen mittels TEM, hochauflösendem TEM, Rasterelektronmikroskopie, AFM, FIB, Röntgenbeugung und optischer Mikroskopie.

Ansprechpartner: Dr. H. Rösner, Prof. G. Wilde

Metallische Gläser

Metallische Gläser verfügen über eine Reihe einzigartiger Eigenschaften wie beispielsweise eine extrem große Streckgrenze, hohe Korrosionsbeständigkeit, superplastische Formbarkeit und metallische Leitfähigkeit. Darüber hinaus bieten metallische Gläser einerseits die einzigartige Möglichkeit, die Frühstadien der Entstehung kristalliner Ordnung experimentell zu analysieren. Gleichzeitig stellen metallische Gläser Modellsysteme dar, um die kollektive Dynamik oder die Lokalisierung plastischer Deformation zu untersuchen, welche charakteristisch für strukturell ungeordnete Festkörper sind. Um die uns interessierenden Fragestellungen experimentell anzugehen, synthetisieren wir metallische Gläser mit unterschiedlichen Depositions- und Rascherstarrungsmethoden und charakterisieren die Kinetik und Dynamik der Relaxation mit kalorimetrischen und dilatometrischen Methoden. Um die grundlegenden physikalischen Mechanismen zu identifizieren, welche in ungeordneten Zuständen externe mechanische Spannungen abbauen, werden unterschiedliche Deformationsmethoden angewendet. Generell werden die Zustände des Materials sorgfältig mittels TEM, hochauflösendem TEM, Rasterelektronmikroskopie, AFM, FIB, Röntgenbeugung und digitaloptischer Mikroskopie untersucht und charakterisiert.

Ansprechpartner: Prof. G. Wilde