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)

Lithium Diffusion in Silizium. Diffusion und Bewegung von Phasengrenzen sind die grundlegende Prozesse, welche die Performance einer Batterie kontrollieren. Die Arbeit soll wesentlich zum Verständnis der Diffusion von Li in Silizium-Anoden beitragen. Zunächst werden dünne Schichten von Si durch Ionenstrahl-Sputter-Deposition hergestellt. Die Sputterbedingungen werden optimiert um geeignete elektro-chemische Performance zu erreichen. Basierend auf Vorarbeiten einer Masterarbeit [1], werden die Veränderung der optischen Eigenschaften bei Einbau von Li charakterisiert und dann zum mikroskopischen Studium des Li Transports genutzt. Ziel ist es, den Diffusionkoeffizienten und die Wander­ungs­geschwindigkeit von Phasengrenzen zwischen verschiedenen LixSiy Phasen zu bestimmen. (Betreuer: Yug Joshi)
[1] https://doi.org/10.1002/smtd.202100532 

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 Sputter-Deposition unter Hochvakuum­bedingungen testen, um die höchst mögliche Ionenleitfähigkeit bei geringer Elektronen­leitfähigkeit zu erreichen. Teil der Arbeit ist das Design einer neuer transportablen Schleusenkammer die den geschützten Transfer zwischen Glovebox und Sputterkammer erlaubt. Die Leitfähigkeit wird als Funktion der Temperatur durch Impedanzspektroskopie gemessen. (Betreuer: Yug Joshi)

Gas-Spektroskopie während der Be-/Entladung von Batteriezellen. In hochauflösender Wägung des Gewichts von Batterieelektroden (Quarz-Waage Massenspektroskopie) konnten wir zeigen, das neben der reversiblen Lithierung auch reversible Seitenreaktionen, etwa die Bildung von Li2O zur Ladungs- und Energiespeicherung beitragen. Wir wollen die Herkunft des Sauerstoffs klären. Stammt er aus den Elektrolyten, so sollten zusätzlich zur Interkalation auch reversible Gasreaktion sichtbar werden, die wir erstmals messen wollen. Ziel der Bachelorarbeit ist die Kombination einer elektrochemischen Zelle mit einem Gasmassenspektrometer oder einer Druckzelle aufzubauen und erste Testmessungen durchzuführen. (Betreuer: Guido Schmitz, Yug Joshi)

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 ein 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)

Auskünfte und Beratung bei:

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Guido Schmitz

Prof. Dr. Dr. h.c.

Abteilungsleiter

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