Beschreibung: |
Nanokristalline Materialien sind polykristalline Festkörper mit einer "Nano"-Mikrostruktur. Unter der Mikrostruktur eines Materials versteht man die Art, Kristallstruktur, Anzahl, Form und topologische Anordnung von Punktdefekten, Versetzungen, Stapelfehlern und Korngrenzen in einem kristallinen Material. Die Mikrostruktur wird bei der Herstellung und Verarbeitung von nanokristallinen Materialien erzeugt und verändert. Sie spielt eine wichtige Rolle bei den Eigenschaften der Endprodukte, wie z.B. der Möglichkeit zu superplastischen Verformung oder beim Transport von Elektronen und Ionen.
Themen der Vorlesung sind:
01. Einführung und Mikrostruktur
02. Festkörperdiffusion - Mechanismen
03. Festkörperdiffusion - Korngrenzendiffusion
04. Phasenumwandlungen
05. Phasendiagramme
06. Phasenumwandlungen - Größeneffekte
07. Verdichtung und Formgebung
08. Sintern - Thermodynamik und Kinetik
09. Sintern - Kontrolle der Mikrostruktur
10. Eigenschaften und Anwendungen: Transportphänomene
11. Eigenschaften und Anwendungen: Katalyse und Sensorik
dabei werden sowohl die physikalisch-chemischen (Festkörperchemie- und Physik) und materialwissenschaftlichen Grundlagen behandelt, als auch die Herstellung, Verarbeitung, strukturelle Charakterisierung, Eigenschaften und Anwendung der nanokristallinen Materialien.
Im Praktikum wird ein Varistor-Bauelement aus nanokristallinem ZnO hergestellt und strukturell und elektrisch charakterisiert:
1. Festkörperdiffusion und EDX (HRSEM) 2. Spark-Plasma-Sintern von nanokristallinem ZnO und Mikrostrukturentwicklung (HRSEM, XRD) 3. Varistor-Bauelement und I-U-Kennlinie |
Literatur: |
Zur Einführung • A. S. Edelstein and R. C. Cammarata (eds.), Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, IOP, Bristol 1996 • H. Gleiter, Microstructure, chapter 9 in R. W. Cahn, P. Haasen (eds.), Physical Metallurgy, Elsevier, London 1996 • W. Schilling, K. Urban, and H. Wenzl, Elektrokeramische Materialien, 26. IFF Ferienkurs, Jülich 1995
Zur Vertiefung • Y.-M. Chiang, D. Birnie, and W. D. Kingery, Physical Ceramics - Principles for Ceramic Science and Engineering, Wiley, New York 1997 • J. Maier, Physical Chemistry of Ionic Materials Ions and Electrons in Solids, Wiley 2004 • M. N. Rahaman, Ceramic Processing and Sintering, Marcel Dekker 2003 • J. E. Reed, Principles of Ceramics Processing, Wiley 1995 • R. M. German, Sintering Theory and Practice, Wiley 1996 • D. Wolf, and S. Yip, Materials Interfaces: Atomic level structure and properties, Chapman and Hall, London 1992
Original-Literatur zur Vertiefung, z.B. in den Zeitschriften • Materials Research Society Bulletin • Advanced Materials • Journal of the American Ceramic Society • Acta Materialia • Journal of Materials Science |