Schutzschichten gegen Wasserstoffversprödung. Viele metallische Legierungen, insbesondere Stähle neigen unter Wasserstoffkontakt zu einer technologisch unerwünschten Versprödung. Ein Schutzkonzept ist naheliegend die Beschichtung des Materials mit geeigneten Schutzschichten, die das Eindringen des Wasserstoffs verhindern sollen. Leider sind die Permeationskoeffizienten für Wasserstoffdiffusion durch solche sehr dünnen Schichten nur unzureichend bekannt. Das Projekt wird auf Pd oder Ti Schichten, die als Sensor für die Wasserstoffaufnahme dienen, eine Barrierenschicht z.B. Cr-Oxid oder Nitrid auftragen und dann die Gewichtszunahme aufgrund von Wasserstoffaufnahme mit einer hochgenauen Wage vermessen und Proben mit Schutzschicht mit solchen ohne Schutzschicht vergleichen.

Interdiffusion of Pd/Pt. PdPt Legierungen sind interessante Katalysatormaterialien. Überaschenderweise werden das Phasendiagramm und der Interdiffusionkoeffizent der Legierung immer noch kontrovers diskutiert. bekannt. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Grabowski liegen theoretische Vorhersagen (Molekulardynamiksimuolation) zur Interdiffusionsgeschwindigkeit vor, die nun im Experiment geprüft werden sollen. Dünne Bleche aus Pd und Pt werden in Kontakt gepresst, wärmebehandelt und die Kontaktzone anschließend im Rasterelektronenmikroskop vermessen. (Betreuer: Sebastian Eich)
Elektrodeposition und mechanische Eigenschaften einer High-Entropy Legierung für biomedizinische Anwendung. Das Hochentropiekonzept beschreibt komplexe Legierungen, die aus mindestens 5 Komponenten zu praktisch gleichen Anteilen bestehen. Während soche Legierungen aus typischen Übergangsmetallen (Co,Cr,Fe,Ni,Mn) bereits gut untersucht sind, sind Legierungen basierend auf Mg, Na und Ti, welche eine geringe Dichte aufweisen, weit weniger studiert. Mg und Ti sind Basiselemente für Legierungen in der medizinischen Protetic, da sie sich einerseits im Körper selbst abbauen können und andererseits ihr Elastizitätsmodul dem von menschlichen Knochen nahekommt. Das Projekt soll versuchen High-Entropy Legierungen welche Mg und/oder Ti enthalten erstmals durch Elektrodeposition abzuscheiden die Zusammensetzung mittels EDX zu bestimmen und das Elastizitätsmodul mittels Nano-Indentation zu vermessen.

Korngröße und Kornwachstum von sputterdeponierten CuBi-Schichten. Nanokristalline Legierungen haben interessante Eigenschaften. Allerdings neigen sie zu unerwünschtem Kornwachstum. Es ist bekannt, dass Zulegierungen einer zweiten Komponente das Kornwachstum bremst, aber die physikalische Ursache für das Phänomen wird kontrovers diskutiert. Ein Ansatz ist das Segregation die Korngrenzenergie absenkt. Als Vorbereitung einer systematischen Untersuchung der Situation in Cu Legierungen sollen Cu-Bi Legierungen unterschiedlichen Bi-Gehalts durch Sputterdeposition abgeschieden und Ihre Korngröße vor und nach Wärmebehandlung mittels „grazing incidence“ Röntgendiffraktometrie bzw. Elektronenmikroskopie bestimmt werden. (Betreuer: Nicolas Bonmassar)

Mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit von CuAg-Dünnschichten. Reines Kupfer zeichnet sich durch eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aus, ist aber mechanisch für viele Anwendungen zu weich. Legierungshärtung führt jedoch in der Regel zu einer signifikanten Absenkung der Leitfähigkeit. Cu mit Ausscheidungen von Ag stellten einen guten Kompromiss dar. In dünnen Schichten und Nanomaterialien ist der Einfluss jedoch möglicherweise ganz anders, da hier zahlreiche Korngrenzen ebenfalls die Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit beeinflussen. Es werden CuAg Legierungsschichten durch Sputterdeposition abgeschieden, ihre elektrische Leitfähgikeit und elastische sowie plastische Festigkeit durch Nanoindentation festgestellt. Durch Vergleich mit Literaturdaten für Bulk-Legierungen sollen die besonderen Eigenschaften der Nanostrukturierten Legierung herausgearbeitet werden.

Statistische Interpretation von Korngrenzsegregationsbreiten. Es ist eine bekannte Beobachtung, dass sich in einem binären System Fremdatome bevorzugt in den Korngrenzen ansammeln, um die Freie Energie des Gesamtsystems zu reduzieren. Um diese Effekte genauer zu verstehen 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: Sebastian Eich)

Computersimulation der Miniaturisierung von Lötverbindungen. In Arbeiten zur Miniaturisierung von Lötverbindungen haben wir festgestellt, dass die Benetzung (Benetzungswinkel) systematisch von der Größe von Löttropfen abhängig ist und dazu eine phenomenologische Beschreibung erarbeitet. Diese Modellvorstellung soll jetzt durch die Simulationsbrechnungen der Tropfenform auf rauen oder chemisch heterogenen Substraten geprüft werden. Ein bestehendes Simulationsprogramm “Surface Evolver“ (basiert auf Konzepten der Finite-Elemente Methode) soll auf unsere spezielle Geometrie angepasst und so die Form der Flüssigkeitsoberfläche und die Bewegung der Kontaktlinie zwischen Substrat, flüssigem Metall und der Gasphase unter verschiedenen Randbedingungen vorgesagt werden. (Betreuer: Guido Schmitz)

Festkörper-Elektrolyt: Lithium Lanthan Zirkon Oxid (LLZO). LLZO ist ein sehr interessanter Festkörperelektrolyt für Lithium-Ionenbatterien mit hoher ionischer Mobilität und geringer elektronischer Leitfähigkeit. Leider behindert seine Empfindlichkeit gegen Luftfeuchtigkeit seine Anwendung. Das Projekt soll die Möglichkeiten einer PLD-Deposition unter Hochvakuumbedingungen testen, um die höchst mögliche Ionenleitfähigkeit bei geringer Elektronenleitfähigkeit zu erreichen. Die Leitfähigkeit wird als Funktion der Temperatur durch Impedanzspektroskopie gemessen. (Betreuer: Vinit Agarwalla, Guido Schmitz)

Kristall- und Mikrostruktur von Ruddlesden-Popper-Nickelaten. Diese Arbeit soll die Kristallstruktur und die atomare Anordnung von Quantenmaterialien, insbesondere Ruddlesden-Popper-Nickelate erforschen. Zu diesem Zweck werden die interessierten Studierenden Röntgenbeugung einsetzen, eine leistungsstarke Technik zur Bestimmung der kristallinen Phasen, der Gitterparameter und der Symmetrie des Materials. Die Röntgendiffraktometrie wird wichtige Erkenntnisse über die Gesamtstruktur der Nickelatverbindungen liefern. Darüber hinaus werden die Studierenden die Rasterelektronenmikroskopie selber benutzen und eine erste Einleitung in die Transmissionselektronenmikroskopie erhalten, um die Oberflächenmorphologie und die Kornstruktur zu untersuchen, sowie den atomaren Aufbau der hergestellten Pulver und Dünnfilme zu visualisieren. Durch die Kombination dieser Methoden wird es möglich sein, die Anordnung auf atomarer Ebene mit den physikalischen Eigenschaften des Materials zu korrelieren. Das Projekt zielt darauf ab, unbekannte strukturelle Merkmale wie z.B. Defekte zu entschlüsseln, die möglicherweise eine entscheidende Rolle für das Verhalten dieser Quantensysteme spielen. Durch diese Arbeit werden die Studierenden praktische Erfahrungen mit fortschrittlichen Charakterisierungsmethoden sammeln und ein tieferes Verständnis für die Beziehung zwischen Struktur und Funktion in Quantenmaterialien entwickeln. (Betreuer: Nicolas Bonmassar)