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:

Mechanische Eigenschaften von Closo-Boran-Ionenkristallen. Closo-Borane sind besonders stabile, käfigartige (Ikosaeder) Bor-Wasserstoff-Moleküle. Ihre quasi-kugelförmige Gestalt lässt sie in Materialstrukturen wie sehr große Atome agieren. So ist zum Beispiel (B12H12)2- ein besonders stabiles Anion, welches zusammen mit einem Kation (z.B. Cs-) einen stabilen Ionenkristall bildet. Diese Materialien werden in der AG Prof. Schleid (Anorganische Chemie) hergestellt. Wir interessieren uns für ihre plastischen Eigenschaften. Gibt es in diesen Materialien aus sehr großen „Atomen“ sogar Versetzungen? Können wir aus Submillimeter kleinen Pulverteilchen eine Spannungs-Dehnungskurve aufnehmen? Die Proben werden mit einem fokussierten Ionenstrahl geschnitten, mittels eines Nano-Manipulators verformt und mit einem Nanokraftsensor vermessen. (Betreuer: Efi Hadjixenophontos, Guido Schmitz, Thomas Schleid)

 

 

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)

Stabilität von nanokristallinen Cr(Fe) Legierungen. Nanokristalline Materialien haben vielversprechende mechanische Eigenschaften (Kombination von hoher Festigkeit und Duktilität). Leider wachsen die Körner bei Erwärmung. In Computersimulationen konnten wir zeigen, dass Fe in Cr ganz außergewöhnliche Eigenschaften haben sollte: Es senkt die Korngrenzenergie Cr sehr weit ab, die Triebkraft für Kornwachstum würde dann verschwinden. Diese Vorhersage soll experimentell überprüft werden. Cr(Fe)-Legierungen mit relativ hohen Fe-Gehalten werden durch Sputterdeposition abgeschieden und ihre Korngröße mittels Röntgendiffraktometrie als Funktion der Auslagerungsbedingungen bestimmt. Der Vergleich von reinem Cr und Cr(Fe) Legierungen soll den bemerkenswerten Effekt herausarbeiten. (Betreuer: Sebastian Eich/Gabor Csiszar)

Na0.74CoO2 als Dünnschichtelektrode für zukünftige Natriumbatterien. Das limitiertes Vorkommen von Li machen Na-Batterien interessant. Wir wollen die Technologie für eine Festkörper Na-Batterie entwickeln. Wir starten mit dem Natriumgegenstück zur bekannten LiCoO2 Kathode, nämlich Na0.74CoO2. Zunächst wird ein Sputtertarget durch Mischen, Pressen und Sintern von CoCO3 and Na2CO3 Pulvern hergestellt. Mit Hilfe dieses Targets werden dünne Schichten durch Ionenstrahlsputtern auf geeignete Stromsammler aufgetragen (100-400 nm Dicke) und anschließend elektrochemisch hinsichtlich ihrer Batterieeigenschaften charakterisiert. Die Depositionsbedingungen (Temperatur, Sauerstoffgehalt, Depositionsrate) und Targetzusammensetzung werden optimiert um möglichst gute Schichteigenschaften zu erhalten. Die Mikrostruktur wird mittels Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. (Betreuer: Yug Joshi/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 / Guido Schmitz)

Zusammenhang zwischen Oberflächenrauigkeit und Benetzung. Die Benetzung mit flüssigen Loten ist eine Voraussetzung für zuverlässige Lötverbindungen. Dabei wird der Benetzungswinkel oft als ein Maß herangezogen für die chemische Wechselwirkung zwischen Basismetallisierung und Lotmetall. Aber wie hängt dieser Winkel zusätzlich von der Oberflächenqualität der Metallisierung ab? Substrate werden in unterschiedlicher Rauigkeit aus Cu oder Ni hergestellt, mit Weißlichtinterferometrie vermessen und anschließend mit SnAg Loten benetzt. Der Benetzungswinkel wird lichtmikroskopisch vermessen. Ziel ist es, die Korrelation zwischen Benetzungswinkel und geometrischen Parametern der Rauigkeit quantitativ zu bestimmen. (Betreuer: Samuel Griffith /Guido Schmitz)

Metall-Halbleiterkontakte: Einfluss der Abscheidungsreihenfolge auf die Keimbildung von Cu3Ge. Das Germanid Cu3Ge ist sehr interessant als elektrischer Kontakt in zukünftiger Germanium Halbleiterelektronik. In vergleichbaren Silizium-Metallreaktionen hatten wir festgestellt, dass die Kinetik der Keimbildung von der Abscheidungsreihenfolge (Cu/Si) oder (Si/Cu) abhängt. Jetzt soll geprüft werden, ob ein ähnlicher Effekt bei der Reaktion mit Germanium auftritt. Cu/Ge und Ge/Cu Doppelschichten werden durch Sputterdeposition hergestellt und die Phasentransformationsgeschwindigkeit mittels in-situ Röntgendiffraktometrie gemessen. (Betreuer: Efi Hadjixenophontos)

Einfluss der Gitterfehlpassung auf die Korngrenz-Formationsenergie. Wir haben in der Vergangenheit bereits die Korngrenzen in FeCr Legierungen simuliert. Um eine exakte quantitative Auswertung der Korngrenz-Thermodynamik durchzuführen, sollen jetzt elastische Effekte aufgrund der unterschiedlichen Größe von Fe und Cr Atomen berücksichtigt werden. In der atomistischen Studie im Fe-Cr-System sollen verschiedene symmetrische Kippkorngrenzen untersucht werden. Bereits vorhandene Steuerskripte für das Molekular­dynamik-Programm sollen in eine kürzlich entwickelte Python-Schnittstelle transferiert werden. Ein Vergleich mit vorhandenen Ergebnissen für andere binäre System soll den Einfluss der Gitterfehlpassung verdeutlichen. (Betreuer: Sebastian Eich)

Auskünfte und Beratung bei:

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Prof. Dr. Dr. h.c.

Guido Schmitz

Abteilungsleiter/Studiendekan

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