Dokument: Nanoparticles from 3d-metals: Influence of different substrates at different temperatures

Titel:	Nanoparticles from 3d-metals: Influence of different substrates at different temperatures
Weiterer Titel:	Nanopartikel aus 3d-Metallen: Einfluss verschiedener Oberflächen bei verschiedenen Temperaturen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45372
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180327-101659-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Bettermann, Hendrik [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 39,76 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.03.2018 / geändert 26.03.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Getzlaff, Mathias [Gutachter] Prof. Dr. Schierbaum, Klaus [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	This dissertation is the written summary of my work at the Institute of Applied Physics. This work consisted of two separate, but nevertheless related, parts. The overarching topic therein is the deposition of nanoparticles on a tungsten crystal surface. All experiments were carried out in an ultra-high vacuum (UHV) environment. This was necessary to minimize the contamination of the samples. One part was the production and deposition of 3d-metal nano\-par\-ti\-cles. My predecessors, Furkan Bulut and Wolfgang Rosellen, began with iron, iron-cobalt, and cobalt particles and I have been extending this work towards nickel-iron alloys. The available nanoparticle source ACIS was used. The other part of my work was the construction and implementation of the magnetron sputtering source. This nanoparticle source itself and its mass-filter had been purchased prior to this thesis. I've designed and installed a suitable ultra-high vacuum chamber. This chamber was optimized over time and adapted to changing requirements. The nanoparticles exhibited a gradual melting behavior upon heating. This is known as unrolling carpet and it is in strong contrast to the reshaping of whole particles as observed by my predecessors. Further experiments were carried out to determine a possible cause of this discrepancy. One explanation could be a contamination of the crystal surface. The focus was on contaminations which are typically associated with tungsten crystals. This includes carbon and oxygen. Carbon agglomerates at the surface when tungsten is being annealed. Oxygen is being used to remove the carbon and could also reach the surface through leaks in the vacuum chamber. The introduction of carbon and oxygen gave rise to further surface structures. This had a significant effect on the behavior of the nano\-par\-ti\-cles. This behavior was, however, different from the results of my predecessors. The limited lab space, limited supplies and the general requirements of UHV-operations provided a challenging work. It has been shown that the magnetron sputtering source is capable of producing a wide range of particle sizes from a number of different materials. Nanoparticles from both sources were deposited on tungsten substrates and examined by scanning tunneling microscopy. Other substrate are possible as well, as it was shown in the master theses by Kariman Elshimi (on a reconstructed nitrogen-copper surface) and Wolfram Gilbert (on graphene). Diese Dissertation ist die schriftliche Zusammenfassung meiner Arbeit am Institut für Angewandte Physik. Diese Arbeit lässt sich in zwei, miteinander verknüpfte Teile trennen. Das übergreifende Thema ist dabei die Deposition von Nanopartikeln auf einer kristallinen Wolframoberfläche. Die Experimente wurden im Ultrahochvakuum durchgeführt, um jedwede Kontamination der Proben zu reduzieren. Zum einen wurden 3d-Metall-Nanopartikel erzeugt und ihr Schmelzverhalten untersucht. Dabei wurde die Arbeiten meiner Vorgänger, Furkan Bulut und Wolfgang Rosellen, an Eisen, Eisen-Kobalt und Kobalt auf Nickel-Eisen-Legierungen ausgedehnt. Hier wurde die bestehende Nanopartikelquelle ACIS verwendet. Der andere Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau und Inbetriebnahme der Magnetronsputterquelle. Diese Nanopartikelquelle selbst und ein zugehöriger Massenfilter waren vor Beginn der Arbeit beschafft worden. Hierfür habe ich eine Ultrahochvakuumkammer entworfen und aufgebaut. Diese Kammer wurde im Laufe der Promotionsarbeit schrittweise verbessert und an wechselnde Anforderungsprofile angepasst. Hierbei zeigten die Nanopartikel beim Erwärmen ein sukzessives Schmelzverhalten (unrolling carpet). Dies steht im klaren Gegensatz zu den Ergebnissen meiner Vorgänger, die eine Umformung der gesamten Partikel beobachtet hatten. In der Folge wurden weitere Experimente durchgeführt, um eine mögliche Kontamination der Oberfläche als Ursache für die Diskrepanz auszuschließen. Hier lag der Schwerpunkt auf den Oberflächenverunreinigungen, die bei der Arbeit mit Wolframkristallen am ehesten auftreten könnten. Dies umfasst Kohlenstoff, welcher sich beim Erwärmen von Wolfram an der Oberfläche ansammelt, und Sauerstoff, welcher zum Entfernen des Kohlenstoffs in die Kammer eingeleitet wird oder in Form von Lecks in die Vakuumkammer gelangt sein könnte. Beim Anbieten von Kohlenstoff und Sauerstoff wurden weitere Oberflächenstrukturen erzeugt. Die Nanopartikel zeigten in der Folge ein geändertes Verhalten, welches aber nicht mit den Beobachtungen meiner Vorgänger übereinstimmt. Die Herausforderung bestand nicht zuletzt darin, den begrenzten Platz im Labor, die begrenzten Mittel und die generellen Anforderungen des Ultrahochvakuums in Einklang zu bringen. Generell hat sich gezeigt, dass die Magnetronsputterquelle in der Lage ist, Nanopartikel aus einer Vielzahl an Materialien zu erzeugen und dabei eine große Bandbreite an verschiedenen Partikelgrößen bereitzustellen. Die Nanopartikel beider Quellen wurden auf Wolfram-Substrate deponiert und dort mit Rastertunnelmikroskopie untersucht. Andere Substrate sind dabei auch möglich, wie in den Masterarbeiten von Kariman Elshimi (auf einer rekonstruierten Stickstoff-Kupfer-Oberfläche) und Wolfram Gilbert (auf Graphen) gezeigt wurde.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Angewandte Physik
Dokument erstellt am:	27.03.2018
Dateien geändert am:	27.03.2018
Promotionsantrag am:	16.01.2018
Datum der Promotion:	23.03.2018