Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Nanokette aus TiC-Kristalliten - Formbildung abhängig vom Glühprogramm

05.10.2001


Auf den Spitzen der gezackten Oberfläche bildet sich bei einer Erhitzung auf 2500 K eine zusätzliche Struktur. In ihrer einfachsten Form sind es Ketten von Nanopartikeln, die senkrecht zur Oberfläche stehen.


Wird Titancarbid im Ultrahochvakuum geglüht, so wachsen auf der gezackten Oberfläche in regelmäßigem Abstand zueinander senkrecht stehende "Nadeln". Dr. rer.nat. Jens Günster, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal, Dr. M. Baxendale, Departement of Physics & Astronomy, Universität London, und Dr. S. Otani und Prof. R. Souda vom japanischen Forschungszentrum für anorganische Materialien, NIRIM, haben die Gründe für das Wachstum dieser Nanostrukturen untersucht. In der Oktoberausgabe der Zeitschrift Surface Science Letters, Vol 494/1, pp L781-L786, legen sie ihre Ergebnisse vor.


Die Nanostrukuren wachsen nach einem stufenartig gesteigerten Glühprogramm von 2400 K und sodann 2500 K aus den Ecken der schräg gestellten TiC-Kristalle auf der TiC (111) Oberfläche heraus. Zunächst bildet sich bei Temperaturen von ca. 2200 K an der Oberfläche eine Graphithaut aus dem sich zersetzenden Ausgangsmaterial. Diese Graphithaut ist sehr temperaturbeständig und unterdrückt eine weitere Zersetzung des TiC Kristalls. Bei 2400 Kelvin bilden sich dann auf den Kanten der TiC-Kristallite nanogroße Titantropfen. Die Graphithaut kann sich an den Kanten nur fehlerhaft ausbilden. Durch die defekte Graphithaut gelangt Ti aus dem sich zersetzenden Ausgangsmaterial an die Oberfläche.

Wie kommt es zu diesen Formen? Ein zerschnittener Einkristall besitzt Restspannungen an der Oberfläche. Existiert eine Oberfläche mit geringerer Restspannung und sind die Atome im nahen Oberflächenbereich beweglich, so kann nach dem Schneiden spontan eine zunächst glatte Oberfläche aufrauhen und in eine kantige Struktur umwandeln. Auf diese Weise minimiert der Kristall seine Oberflächenspannung. Die Titan- und Kohlenstoffatome stehen "in Reih und Glied" schräg zur Oberfläche. Die für die Umstrukturierung nötige Beweglichkeit der Atome wird in dem vorliegenden Experiment durch ein Erwärmen des Kristalls erreicht.

Auf den Spitzen der gezackten Oberfläche bildet sich bei einer Erhitzung auf 2500 K eine zusätzliche Struktur. In ihrer einfachsten Form sind es Ketten von Nanopartikeln, die senkrecht zur Oberfläche stehen. DieTiC-Kristalle, eingeschlossen von einer Graphithaut, sind untereinander mit Nanoröhren verbunden. Jedes dieser Röhrchen weist einen Durchmesser von ca. 25 Nanometer auf. Die Außenhaut besteht aus Kohlenstoff, der Innenkern aus Titancarbid. Nach einer äußerst intensiven Glühung bilden sich fein verästelte Nanostäbe, bis sich schließlich bei einer weiteren Steigerung der Heizrate und der Temperatur größere und gröbere, verschlungene Formen ausbilden.

An den Endspitzen der Nanofäden fehlt oft die einhüllende Graphithaut. Dies legt den Schluss nahe, dass durch die Nanoröhrchen von dem unterliegenden Kristall bei der hohen Glühtemperatur ein Stofffluss erfolgt. Im Detail sind noch viele Fragen offen. Die Wissenschaftler erwarten, dass diese Strukturen technischen Einsatz in der Mikromechanik oder Mikroelektronik finden könnten.


Weitere Informationen:
Dr. rer. nat. Jens Günster,
Institut für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal

Zehntnerstraße 2a
Tel.: 05323 72-2612
E-Mail: Jens.Guenster@tu-clausthal.de

Jochen Brinkmann | idw

Weitere Berichte zu: Glühprogramm Graphithaut Kristall Temperatur

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Eigenschaften von Magnetmaterialien gezielt ändern
16.11.2016 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie