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 Der gestapelte Farbsensor
17.11.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Gefragtes Werkstoff-Knowhow: Fraunhofer LBF baut Elastomer-Forschung aus
16.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte