Bachelor-Arbeiten

Themen für Bachelor-Arbeiten

Lernen Sie neben Vorlesung, Seminar und Praktikum die andere Seite der Wissenschaft kennen. In der Bachelorarbeit ist Ihre Eigenständigkeit, Ideenreichtum und die Fähigkeit der praktischen Umsetzung gefragt. Bachelorarbeiten sind an unsere aktuelle Forschung gekoppelt und können derzeit zu den folgenden Themen begonnen werden:

Statistische Interpretation von Korngrenzsegregationsbreiten. Es ist eine wohlbekannte Beobachtung, dass sich in einem binären System die Fremdatome bevorzugt in den Korngrenzen ansammeln, um die Freie Energie des Gesamtsystems zu reduzieren. Nun soll die genaue räumliche Verteilung mittels atomistischer Simulationen (Molekulardynamik) untersucht werden. Dazu werden Kerndichteschätzer verwendet, um aus den diskreten Atompositionen die kontinuierliche Verteilungsfunktion über die Korngrenze hinweg zu bestimmen. Damit kann dann die Verteilung exakt über ihre Momente charakterisiert werden. Der Einfluss der Bandbreite der Kerndichteschätzer soll für verschiedene Systeme und Temperaturen über den gesamten Zusammensetzungsbereich untersucht werden. (Betreuer: Dr. Sebastian Eich)

 

 

Lernen Sie neben Vorlesung, Seminar und Praktikum die andere Seite der Wissenschaft kennen. In der Bachelorarbeit ist Ihre Eigenständigkeit, Ideenreichtum und die Fähigkeit der praktischen Umsetzung gefragt. Bachelorarbeiten sind an unsere aktuelle Forschung gekoppelt und können derzeit zu den folgenden Themen begonnen werden:

 

Nanostrukturen und Nanostrukturierte Materialien

Chemische Schärfe von Materialgrenzflächen
Stabilität von nanokristallinen Cr(Fe) Legierungen

Atomarer Transport

Atomarer Transport in unmischbaren binären Legierungssystemen

Batteriematerialien

Li Transportmembranen für All-Solid-State Batterien
Dünnschichtelektroden für eine zukünftige Natrium-Ionen Batterie

Mikroelektronik, Packaging

Lötverbindung von Sillizium

Methodik der Materialanalyse

Entwicklung eines Kalorimetrie-Versuches für das Bachelor-Praktikum
Programmierung von Dataminingmodulen zur 3D-Kompositionsanalyse von Atomsondendaten

 
(Stand 2018)

Auskünfte und Beratung bei:
Prof. Dr. Guido Schmitz (Tel: (0711) 685 61902, )


Nanostrukturen und Nanostrukturierte Materialien

Chemische Schärfe von Materialgrenzflächen. Die Breite des Konzentrationsübergangs an einer Grenzfläche stellt ist das ultimative Limit jeder Miniaturisierung dar. Mittels Monte Carlo und Molekular Dynamik Simulation der Grenzflächen von Ni/Cu, Pd/Pt sowie eines weiteren Systems ohne Fehlpassungsspannung soll die chemische Struktur von Grenzflächen als Funktion der Temperatur vorhergesagt werden. (Betreuer: Sebastian Eich)

Stabilität von nanokristallinen Cr(Fe) Legierungen. Nanokristalline Materialien versprechende einen Durchbruch in den mechanischen Eigenschaften (Kombination von Festigkeit und Duktilität). Leider ist Mikrostruktur instabil, bei Erwärmung wachsen die Körner. In aktuellen Berechnungen konnten wir zeigen, dass Fe in Cr ganz außergewöhnliche Eigenschaften haben sollte: Es senkt die Korngrenzenergie von Cr soweit ab, dass die Energie sogar negativ werden könnte. Die Triebkraft für Kornwachstum würde dann verschwinden. Diese Vorhersage soll experimentell überprüft werden. Cr(Fe) Legierungen werden durch Sputterdeposition abgeschieden und ihre Korngröße mittels Röntgendiffraktometrie als Funktion der Auslagerungstemperatur bestimmt. Der Vergleich von reinem Cr und Cr(Fe) Legierungen soll den bemerkenswerten Effekt herausarbeiten. (Betreuer: Sebastian Eich/Gabor Csiszar)

Atomarer Transport

Atomarer Transport in unmischbaren binären Legierungssystemen. Bei Phasendiagrammen mit einer ausgeprägten Mischungslücke mischen sich die Komponenten eines Schichtsystems nicht, sondern separieren sich voneinander. Durch eine Zwangsmischung von Cu und W-Schichten und anschließender Wärmebehandlung sollen die Interdiffusionskonstanten in diesem nicht mischbaren System ermittelt werden. Die Mikrostrukturen werden mittels Sputtern hergestellt und mit Röntgendiffraktometrie und Sekundär-Neutralteilchen Spektroskopie untersucht (Betreuer: Gabor Csiszar)

Batteriematerialien

Li Transportmembranen für All-Solid-State Batterien. In herkömmlichen Batterien werden die beiden Halbzellen durch einen flüssigen Elektrolyten getrennt. Dieser soll durch einen ionenleitenden Festkörper ersetzt werden, um eine höhere Stabilität und Betriebssicherheit der Batterien zu erreichen. Li3OCl ist ein vielversprechendes Material, das als Pulver, durch Sintern von Li2O und LiCl und/oder als dünne Schicht im Sputterverfahren von Pulvermischtargets hergestellt werden soll. Charakterisierung der Materialien durch Röntgendiffraktometrie und Impedanzspektroskopie. (Betreuer: Guido Schmitz/Gabor Ciszar)

Dünnschichtelektroden für eine zukünftige Natrium-Ionen Batterie. Derzeit sind Li-Ionenbatterien die bevorzugte technische Lösung für eine elektrochemische Energiespeicherung. Limitierte Lithium-Reserven motivieren allerdings eine frühzeitige Suche nach Alternativen. Einwertige Alkali-Ionen zeigen grundsätzlich eine hohe Mobilität, so dass sich u.a. Natrium als Ersatz für Li anbietet. Die Bachelorarbeit soll Na2Ti3O7 als ein vielversprechendes Natrium-Speichermaterial testen. Das Material soll durch Festkörpersintern von TiO2 und Na2CO3 hergestellt und dann bei Erfolg als Dünnschichtelektrode abgeschieden werden. Charakterisierung durch Röntgendiffraktometrie und Impedanzspektroskopie (Betreuer: Guido Schmitz/Gabor Ciszar)

Mikroelektronik, Packaging

Lötverbindung von Silizium. Löten ist eine etabliertes Verfahren zur Verbindung von Metallen. Es wird in der Mikroelektronik zur Kontaktierung von Komponenten vielfach eingesetzt. Eine Lötverbindung von Si-Chips ohne vorherige Metallisierung ist allerdings bisher unmöglich. Durch geeignete Zulegierung von reaktiven Metallen zu Zinn soll das Projekt den Einfluss auf das Benetzungsverhalten der flüssigen Metalle auf Si-Chips testen. Wir vermuten, dass die Beimischung von Cr und/oder Ti zu einer Benetzung und so letztlich zu einem brauchbaren Lotmittel führen könnte. In dem Projekt werden verschiedene Lote erschmolzen und ihr Benetzungsverhalten auf Si während des Lötens in-situ mikroskopisch beobachtet. Oberflächen- und Grenzflächenspannungen werden quantitativ bestimmt. (Betreuer: Samuel Griffith / Guido Schmitz)

Methodik der Materialanalyse

Entwicklung eines Kalorimetrie-Versuches für das Bachelor-Praktikum. Das Projekt soll ein Differential-Scanning Calorimeter (DSC), welches dem Lehrstuhl seit kurzem zur Verfügung steht, in Betrieb nehmen und einen geeigneten Versuchsablauf für einen Praktikumsversuch ermitteln. Ziel ist die Bestimmung von Reaktionsenthalpien verschiedener Materialkombination und der Vergleich mit CalPhaD Berechnungen (Calculation of Phase Diagrams) und Phasendiagrammen. (Betreuer: Gabor Csiszar/ Guido Schmitz)

Programmierung von Dataminingmodulen zur 3D-Kompositionsanalyse von Atomsondendaten. Die Analyse von kleinesten Kompositionsänderungen in einem dreidimensionalen Raum stellt hohe Anforderungen an die verwendeten Softwarewerkzeuge. Das Volumen muss zur Kompositionsbestimmung in diskrete Blöcke unterteilt werden. Anschließend werden die Atome pro Block gezählt und die Komposition bestimmt. Je kleiner die Blöcke, desto größer die statistische Schwankungen. Daher müssen spezielle Glättungs- und Gewichtungsfunktionen benutzt werden, um Aussagen über Nanostrukturen treffen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Tools zur Kompositionsbestimmung und Clustersuche entwickelt und getestet werden. (Betreuer: Rüya Duran/ Guido Schmitz)

Li3OCl: Optimierung der Transferzahl eines Festkörper-Ionenleiters. Li3OCl ist ein sehr interessanter neuer Festkörperelektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien mit einer sehr hohen Leitfähigkeit für Li Ionen. Leider erschwert die Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit seine Verwendung. Das Projekt soll die Möglichkeit der Sputterdeposition unter Hochvakuumbedingungen untersuchen und durch geeignete Sputterbe­dingungen möglichst hohe ionische, aber niedrige elektronische Leitfähigkeit erreichen. Falls erforderlich wird eine Schleusenkammer entworfen, um die Proben aus der Sputterkammer in die Glovebox zu transferieren. (Betreuer: Yug Joshi, Prof. Dr. Guido Schmitz)

(1-x)·LiMn2O4+ x·LiMn1.5Ni0.5O4: Variation der optischen Eigenschaften durch Modifikation des Ni Gehalts. Das Batteriekathodenmaterial LiMn2O4 ändert seine optischen Eigenschaften bei Einbau von Lithium. Der Effekt beruht auf dem zusätzlichen Einbau von Elektronen in die Bandstruktur. Als Alternative könnte der Elektronengehalt auch durch Doping erreicht werden, welches durch Zulegierung von Ni erreicht werden soll. Ziel des Projektes ist Oxid-Legierungen verschiedenen Zusammensetzung zu sputtern und den Einfluss den Transmissions- oder Reflektionskoeffizient zu bestimmen.  EDX wird eingesetzt um die Zusammen­setzung der hergestellten Schichten zu prüfen. Auch soll der zusätzliche Einfluss der Li-Interkalation auf die optischen Eigenschaften bestimmt werden. (Betreuer: Yug Joshi, Prof. Dr. Guido Schmitz)

Erhöhung der Speicherfähigkeit von Li4Ti5O12: In einer vorangegangenen Bachelor-Arbeit konnten wir zeigen, dass die Batteriekathode LiMn2O4 durch Zulegierung von Li2O erheblich bessere Speicherdichte und Zyklenstabilität erhält. Jetzt soll das gleiche Prinzip an dem Anodenmaterial Li4Ti5O12 untersucht werden. Das Projekt soll Mischschichten aus Li4Ti5O12+Li2O herstellen. Die Struktur wird durch Röntgendiffraktometrie bestimmt und ihre chemische Zusammensetzung mittels EDX. Bei schnellem Erfolg werden in einer Fortführung der Arbeit die elektrochemischen Eigenschaften des Materials (Speicherfähigkeit) untersucht. (Betreuung Yug Joshi, Prof. Dr. Guido Schmitz)

In-situ Beobachtung der Wasserstoffspeicherung in Ti-Schichten: Kürzlich wurde am Lehrstuhl ein Röntgendiffraktometer durch eine Reaktionszelle erweitert. Die Bachelorarbeit soll mit dieser Zelle die Hydridbildung von Ti zu TiH2 in-situ beobachten. Es werden dünne Schichten von Ti gesputtert und dann unter Wasserstoffdruck und Temperatur beladen. Ziel ist es während dieses Prozesses neue Gitterreflexe zu beobachten und mit Hilfe dieser den Reaktionsfortschritt zu messen. (Betreuer: Dr. Gábor Csiszár, Prof. Dr. Guido Schmitz)

Lötverbindung von Silizium. Löten ist eine etabliertes Verfahren zur Verbindung von Metallen. Es wird in der Mikroelektronik zur Kontaktierung von Komponenten vielfach eingesetzt. Eine Lötverbindung von Si-Chips ohne vorherige Metallisierung ist aber bisher unmöglich. In einer vorangegangenen Bachelorarbeit haben wir einen geheimnisvollen, sehr nützlichen Effekt aufgedeckt: Wird Sn-Lot durch Spuren von FeCr verunreinigt, haftet das Lot erstaunlicherweise auf Si. Jetzt soll durch mechanische und elastische Messungen geprüft werden, in wieweit diese Lötverbindungen praktisch einsetzbar sind. Natürlich werden wir auch daran arbeiten den Mechanismus aufzudecken (Betreuer: Samuel Griffith / Prof. Dr. Guido Schmitz)

Einfluss der Substrat Mikrostruktur auf die Benetzung durch Weichlote. In einer vorherigen Arbeit konnten wir zeigen, dass die Benetzungswinkel an der Tripellinie zwischen flüssigem Lot und Substrat von der Strukturbreite abhängt. Dieser erstaunliche Effekt wird derzeit mit der Rauigkeit des Substrats begründet. Zur Prüfung soll die Bachelorarbeit nanokristalline Cu Substrate durch Elektrodeposition herstellen, dabei die Korngröße über die Wahl der Abscheidungsparameter variieren und den Einfluss der Korngröße Benetzungswinkel bestimmen. (Betreuer Samuel Griffith / Prof. Dr. Guido Schmitz)

Aufbau eines Plunge-Freezers zur extrem schnellen Abkühlung biologischer Proben. Biologische Materialien enthalten in der Regel Wasser. Um sie in einer UHV (Ultra-Hoch- Vakuum) Anlage zu analysieren, müssen diese eingefroren werden. Bei zu geringen Abkühlraten kristallisiert das Wasser. Die damit verbundene Volumenausdehnung verändert oder zerstört das Material. Die Präparation von biologischen Proben für die Atomsondentomographie stellt deshalb eine besondere Herausforderung dar. Es müssen Flüssigkeitstropfen von wenigen hundert Nanometern auf einem metallischen Pfosten von wenigen Mikrometern Durchmesser in sehr kurzer Zeit eingefroren werden. Es soll dazu eine spezielle Vorrichtung entwickelt werden, die es erlaubt Wasser und andere organische Lösungen zu vitrifizieren. Zunächst soll Wasser in seinem amorphen Zustand erzeugt und atomar mit Hilfe der Atomsonden­tomographie gemessen werden. Bei Erfolg, werden komplexere Lösungen aus Virushüllen, Proteinen und Zellmembranen erzeugt. (Betreuer: Dr. Patrick Stender)


3D Fast Fourier Analyse von Atomsondendaten. Atomsondenmessungen enthalten mehrere Millionen gemessene Atome. Diese werden durch Algorithmen zu einem 3D Volumen rekonstruiert. Dabei können chemische und strukturelle Informationen mit atomarer Auflösung gewonnen werden. Um jedoch die Rekonstruktionsparameter ausreichend gut anpassen zu können, müssen Gitterebenen und deren Abstand identifiziert und iterativ angepasst werden. Es soll ein Modul zur Fast-Fourier-Transformation (3D FFT) entwickelt und in den Rekonstruktionsprozess eingearbeitet werden, um die rekonstruierten 3D Volumina zu optimieren und den Rekonstruktionsprozess zu automatisieren. (Betreuer: Dr. Patrick Stender)

Auskünfte und Beratung bei:

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Prof. Dr. Dr. h.c.

Guido Schmitz

Abteilungsleiter/Studiendekan

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