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 Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise