Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleinstkristalle zeigen überraschendes Verhalten

07.09.2004


Probe aus nanokristallinem Nickel: Das Prüfmuster (hier unter dem Elektronenmikroskop) ist ca. 2 mm lang und hat die Form eines Hundeknochens, damit man es in die Zugtestmaschine einspannen kann. Die nanokristalline Probe besteht aus Körnern, in denen die Atome regelmässig angeordnet sind. Im Quadrat ist ein Computer-Modell abgebildet, das solche Körner (grau) mit den Grenzflächen (blau-grün) stark vergrössert zeigt. Der erstaunliche Befund: Nach einer plastischen Verformung der Probe sind keine Deformationsspuren mehr zu erkennen. (Bild PSI)


Besonders fein strukturierte Metalle haben eine bemerkenswerte Eigenschaft: Anders als bei herkömmlichen Materialien hinterlassen hier Verformungen keine Deformationsspuren. Dieses verblüffende Verhalten von nanokristallinen Werkstoffen deckte ein Forschungsteam am Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz auf. Mit einem neu entwickelten Zugtestgerät sowie einem speziellen Messsystem verfolgten die Wissenschaftler erstmals in Echtzeit das Geschehen im Innern solcher Metalle. Anhand der Resultate lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen verbessern. Profitieren davon kann beispielsweise die Mikroelektronik mit stets raffinierteren Materialien für Computerchips, Airbag-Sensoren und miniaturisierte Maschinen.

... mehr zu:
»Echtzeit »Metall »Mikroelektronik »Probe

Wer Metalle plastisch verformt, hinterlässt Spuren: In den kleinen kristallinen Körnern, aus denen diese Materialien aufgebaut sind, entstehen durch äussere Kräfte mikroskopische Unregelmässigkeiten. Dies gilt jedoch nur, solange die Korngrösse über 50 Nanometer liegt, also grösser ist als 50 Millionstel-Millimeter. Was unter dieser Grenze passiert, wusste lange Zeit niemand so genau. "Die Theorie sagt voraus, dass in Nanokristallen keine solchen Unregelmässigkeiten entstehen", erklärt Helena Van Swygenhoven, Materialwissenschaftlerin am PSI. Diese Annahme konnte jedoch bislang noch niemand beweisen - zu klein waren die Proben und zu gering die potenziellen Veränderungen.

Nun gelang der Forschungsgruppe von Van Swygenhoven zum ersten Mal, in Echtzeit Veränderungen innerhalb der Nanokristalle zu beobachten. Wie zuvor eigene Computersimulationen gezeigt hatten, stiessen die Wissenschaftler dabei entgegen den theoretischen Vorhersagen auf ähnliche Prozesse wie bei grösseren Strukturen - jedoch mit einem entscheidenden Unterschied: Die dabei entstehenden linienförmigen Fehlordnungen durchqueren das ganze Korn und verschwinden wieder. Den Kristallen ist die plastische, das heisst irreversible Verformung nachträglich also nicht mehr anzusehen. Dieser überraschende Befund des PSI-Teams hat in der Fachwelt viel Aufmerksamkeit erregt und führte vor kurzem zu zwei Veröffentlichungen in den prestigeträchtigen Wissenschaftszeitschriften "Science" und "Nature".


Hundeknochen aus Nanomaterial

Um die Materialverformung unter standardisierten Bedingungen zu prüfen, bauten die Materialforscher zuerst eine Zugtestmaschine, in der sie die nur wenige Millimeter kleinen Proben prüfen können. Damit man die Prüfmuster ins Gerät einzuspannen vermag, müssen sie die Form eines Hundeknochens haben. Den eigentlichen Einblick in die kleinen Strukturen verschaffen sich die Wissenschaftler mit der hoch intensiven Röntgenstrahlung aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS), einem Teilchenbeschleuniger für Elektronen. Die stark gebündelte Strahlung wird dabei von der Kristallstruktur der Körner abgelenkt und danach von einem speziellen Detektor aufgefangen. Aufgrund der Ablenkung der Strahlung lassen sich Veränderungen in der Struktur der Proben nachweisen. "Der Detektor ist weltweit einmalig und ermöglicht uns die Messungen in Echtzeit", sagt Van Swygenhoven.

Für die nächste Generation der Mikroelektronik

Die Arbeiten der Materialforschungsgruppe am PSI sind ein wichtiger Schritt für die nächste Generation der Mikroelektronik: Sie liefern die Grundlagen zum Verständnis der Materialeigenschaften von metallischen Bauteilen in mikroelektromechanischen Systemen. Solche so genannten MEMS sind winzige Sensoren, Ventile oder Motoren, die in Halbleiter-Chips eingebunden sind. Sie dienen beispielsweise in Airbags als Bewegungsmelder, die nicht dicker sind als ein menschliches Haar. Auch Entwickler neuartiger Werkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften profitieren künftig von den PSI-Messungen. So sind im Flugzeugbau harte und gleichzeitig verformbare Materialien gesucht. Unterstützt wird die Forschung am PSI vom Schweizerischen Nationalfonds.

Für weitere Auskünfte:

Dr. Helena Van Swygenhoven, Gruppe Materialforschung und Simulation, PSI
Tel. +41 (0)56 310 29 31; helena.vs@psi.ch

Beat Gerber | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch

Weitere Berichte zu: Echtzeit Metall Mikroelektronik Probe

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften