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 Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe
14.08.2018 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Europaweit einzigartiges Forschungszentrum geht an den Start
14.08.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Universum Studie: Internationalität und Praxisbezug sind Erfolgsfaktoren der ISM

20.08.2018 | Unternehmensmeldung

Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Metamolds: Eine Gussform für eine Gussform

20.08.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics