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Diplom-/Bachelor-/Master-Arbeit

SMART MATERIALS (Puls-Polen von magnetoelektrischen Werkstoffen)


Smart Materials werden heute alle Werkstoffe genannt, die neben mechanisch tragender Funktion auch funktionale Eigenschaften haben. Insbesondere mechanische Bewegung und Änderung von optischen Eigenschaften sind hier die „smarten“ Anteile.
Eine spezielle Werkstoffklasse koppelt elektrische über mechanische an magnetische Felder. Gute Koeffizienten werden für Komposite erzielt. Bei den derzeit herstellungstechnisch möglichen Gefügen ist eine gewisse elektrische Leitfähigkeit nicht zu vermeiden. Um diese Werkstoffe nachhaltig elektrisch polen zu können und sie so zu Piezoelektrika zu machen, die dann auch technisch nutzbar sind, muss man den Werkstoff entsprechend vorbereiten. Klassisch werden die Werkstoffe unter statischem elektrischem Feld polarisiert. Dies führt bei zu hoher Leitfähigkeit zu einem Kurzschluss und der Zerstörung des Werkstoffs. Ein Verfahren, bei dem es nicht zu einem Kurzschluss in der Probe kommt, ist das hierzu neu entwickelte Puls-Polen, das in unserem Institut weltweit erstmalig eingesetzt werden soll.
Für alle, die an Kabeln und elektrischen Dingen Interesse haben, ist dies eine perfekte Masterarbeit. Bei hoch motivierten Kandidaten ist auch eine Bachelorarbeit möglich.  

Betreuung:
Prof. Dr. Doru Lupascu, Dr. Vladimir Shvartsman, doru.lupascu@uni-due.de

Diplom-/Bachelor-/Master-Arbeit

Herstellung von multiferroischen Kompositwerkstoffen (multiply smart materials)

Werkstoffe mit remanenten Eigenschaften dienen der Speicherung von gewissen Zuständen. Diese können mechanisch sein (plastische Verformung, Formgedächtnislegierungen), elektrisch (Ladungsspeicherung in der Elektronik als Computerspeicher) oder magnetisch (als Permanentmagnete oder wiederum Speicherelemente in Festplatten). Derzeit herrscht großer Bedarf, die klassische Festplatte und die gewöhnlichen Speicherchips (RAM) durch einen gemeinsamen Speichertyp zu ersetzen. Dies hätte den Vorteil, dass die bisher immer nötigen Boot-Vorgänge (jeder ärgert sich über das Hochfahren des Computers oder über die Stromrechnung, wenn der Computer ständig läuft) nicht mehr nötig sind. Die derzeitig verfügbaren Flash-Speicher, die Sie alle als Memory-Stick kennen, verfügen nicht über eine genügend hohe Speicherdichte.

Multiferroische Werkstoffe lassen sich elektrisch schreiben und magnetisch lesen. Dies hat den großen Vorteil, dass die Speicherelemente weder erhitzen noch ermüden. Derzeit sind allerdings noch keine genügend leistungsfähigen Werkstoffe bekannt, die bei Raumtemperatur einsetzbar wären. Gleichzeitig sind Multiferroika sehr gute magnetische Sensorwerkstoffe.

In der Diplom-/Bachelor-/Masterarbeit sollen hierzu keramische Kompositwerkstoffe über chemische und/oder mechanische Verfahren hergestellt werden. Ziel ist es, einen Werkstoff zu erzielen, der die gewünschte Kopplung aufweist. Derzeit werden hierzu Gele entwickelt, die zur Umhüllung von keramischen Pulvern dienen. Die umhüllten Pulver können dann durch einen Brennvorgang in die gewünschte Keramik überführt werden. Verschiedene Herstellungswege sollen hier getestet werden.

Je nach Art der anzufertigen Arbeit (Dipl./Ba/Ma) wird eine vom Umfang geeignete spezifische Aufgabe abgesteckt.

Betreuer: Prof. Doru C. Lupascu

Diplom-/Bachelor-/Master-Arbeit

Herstellung bleifreier („grüner") Piezowerkstoffe mit dem Schmelzflussverfahren

Die Piezotechnik erlaubt es, aus einer elektrischen Ansteuerung sehr große Kräfte bzw. sehr schnelle Reaktionen zu erzeugen. Klassisch werden deshalb Piezoelemente in Ultraschallanwendungen eingesetzt. Aufgrund ihrer sehr kleinen Aussteuerungen sind sie auch geeignet, sehr genaue Stellvorrichtungen anzutreiben, was sie in der Messtechnik und in der Präzisionsfertigung inzwischen unabdingbar macht. Die neueste große Anwendung sind Piezo-Einspritzsysteme im Automobil. Sie erlauben eine Reduktion des Spritverbrauchs und der schädlichen reaktiven Gase im Abgas des Autos, bevor überhaupt ein Katalysator zum Einsatz kommt. Die ersten Flotten sind inzwischen mit dieser neuen Technologie ausgestattet, wobei Peugeot die Vorreiterrolle gespielt hat und deutsche Hersteller jetzt nachziehen.

Bisherige Werkstoffsysteme enthalten Blei als zweiwertiges Ion, das sehr toxisch ist. Demzufolge müssen Piezoelemente unter besonderen Sicherheitsbedingungen hergestellt werden und am Ende ihres Lebens als toxischer Sondermüll behandelt bzw. recycelt werden. In der europäischen Union ist seit geraumer Zeit ein Gesetz zur Reduktion toxischer Schwermetalle in elektronischen Bauteilen in Kraft. Lediglich Piezoelemente sind derzeit noch ausgenommen, da bisher keine funktionstüchtige Alternative zur Verfügung steht. International gibt es große Anstrengungen, dieses Werkstoffproblem zu lösen. Mit nicht toxischen Werkstoffsystemen werden auch erstmals Varianten der aktiven Schalldämpfung im Bauwesen (hohe Frequenzen) möglich.

In der hier vorgeschlagenen Arbeit soll ein Verfahren genutzt werden, mit dem bei niedrigen Prozesstemperaturen gute, dichte Keramiken hergestellt werden können. Hierzu werden Piezomaterialien auf Niob-Basis in einer Salzschmelze synthetisiert. Langfristig ist ein Phasendiagramm zu erstellen, das ein optimales Design des Werkstoffs erlaubt. Erste Teile dieses Phasendiagramms sowie gewisse Werkstoffeigenschaften sollen in der Arbeit ermittelt werden. Die Herstellung erfolgt auf relativ einfachem Wege über einen Erhitzungsprozess von Pulvergemischen.

!! Wir bitten um 2 Monate Vorlauf zur Vorbereitung der Experimente !!

Betreuer: Prof. Doru C. Lupascu

 

 

Bachelor- / Master-Arbeit

Herstellung und Charakterisierung von magnetoelektrischen Kompositen

(multiply smart materials)

 

Es gibt spezielle Werkstoffe, die remanent elektrische und magnetische Größen aneinander koppeln können. Sie werden in der Medizintechnik und potentiell in einer neuen Generation von ermüdungsfreien Computerspeichern eingesetzt, mit dem langfristigen Ziel, die Festplatte ersetzen zu können.

 

In der Diplom-/Bachelor-/Masterarbeit sollen hierzu keramische Kompositwerkstoffe über chemische und/oder mechanische Verfahren hergestellt werden. Ziel ist es, einen Werkstoff zu erzielen, der die gewünschte magnetoelektrische Kopplung aufweist. Derzeit werden hierzu Kompositwerkstoffe entwickelt, z. B. mit piezoelektrischer Schale und magnetischem Kern. Im Institut werden verschiedene Herstellungswege getestet, von denen einer in einer Bachelor- oder Masterarbeit durchgeführt werden soll.

Die Arbeit beinhaltet auch magnetoelektrische Messungen.

 

Je nach Art der anzufertigen Arbeit (Ba/Ma) wird eine vom Umfang geeignete spezifische Aufgabe abgesteckt.