Dokument: Electrochemical Processing of Directionally Solidified Eutectic Alloys: Release and Characterization of Metallic Nano Wires
| Titel: | Electrochemical Processing of Directionally Solidified Eutectic Alloys: Release and Characterization of Metallic Nano Wires | ||||||||||||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7807 | ||||||||||||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20080508-114411-4 | ||||||||||||||||
| Kollektion: | Dissertationen | ||||||||||||||||
| Sprache: | Englisch | ||||||||||||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | ||||||||||||||||
| Medientyp: | Text | ||||||||||||||||
| Autor: | Smith, Andrew J. [Autor] | ||||||||||||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Staudt, Claudia [Gutachter] PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Gutachter] | ||||||||||||||||
| Stichwörter: | electrochemistry, direcitonal solidification, eutectics, nanowire | ||||||||||||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | ||||||||||||||||
| Beschreibungen: | Gerichtet erstarrte (quasi)binäre eutektische Legierungen ermöglichen den Zugang zu metallischen Drähten oder Lamellen, die in eine metallische Matrix eingebettet sind. Während des Erstarrens separieren die Elemente der Legierung, so dass reine, einkristalline Phasen entstehen. Die in einem Kristallzuchtofen nach Bridgman durchgeführte, gerichtete Erstarrung kann durch Verändern des Temperaturgradienten sowie der Wachstumsgeschwindigkeit optimiert werden, um nanoskopische Strukturen mit regelmäßiger Anordnung zu erhalten. Die in dieser Arbeit untersuchten Systeme sind NiAl-Mo, NiAl-Re, NiAl-W und Ag-Cu.
Durch die Anwendung elektrochemischer Prozesse können die nanoskopischen Strukturen aus den Materialien herauspräpariert werden. Das selektive Auflösen der Drähte liefert metallische Proben mit regelmäßiger Anordnung nanoskopischer Poren. Diese Poren können als Templat für weitere Präparationsschritte dienen. Ein vollständiges Auflösen der Drähte liefert metallische Nanofilter. Das Herauspräparieren der Drähte geschieht durch selektives Auflösen der Matrix. Die Nanodrähte sind regelmäßig angeordnet und stehen aufrecht in der Matrix. Die Länge der Drähte ist abhängig von der Ätzdauer und kann präzise eingestellt werden. Die Drähte sind einkristallin und haben auch azimuthal gleiche Orientierungen, so dass jeder Draht eine exakte Kopie aller seiner Nachbarn ist. Führt man das selektive Ätzen der Matrix fort, bis diese vollständig aufgelöst ist, erhält man freie Nanodrähte. Die Drähte können dann für weitere Untersuchungen bzw. zur Herstellung von nanoskopischen Messsonden verwendet werden. Der Umgang mit einzelnen Nanodrähten wird durch das Verwenden von mechanisch getriebenen Mikromanipulatoren sowie Piezo getriebenen Nanomanipulatoren in Kombination mit einem hochauflösenden Lichtmikroskop oder einem Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl ermöglicht. Weiterhin werden die Manipulatoren für mechanische Untersuchungen an Nanodrähten eingesetzt, die die extreme Flexibilität der Drähte zeigen. Durch die Kombination von chemischen, elektrochemischen und mechanischen Prozessschritten sowie Mikro- und Nanomanipulation sind Messsonden für Rastertunnelmikroskopie und in situ pH-Messungen in extrem kleinen Volumina zugänglich. Durch Kombination von Drahtarrays bzw. von freien Nanodrähten mit Polymeren können Kompositmaterialien hergestellt werden. Erste Experimente auf diesem Gebiet zeigen, dass die Herstellung einer Vielzahl von Strukturen mit sehr verschiedenen Eigenschaften auf diesem Wege möglich ist.Directional solidification of (quasi)binary eutectic alloys leads to the formation of metallic wires or lamellae embedded in a metal matrix. During this process the alloying elements segregate, resulting in pure phases. Additionally, the solidified material is single crystalline. Optimizing this process by adjusting the temperature gradient and the growth speed in the Bridgman-type crystal growth oven as well as tuning the composition of the employed alloy yields regularly spaced fibrous structures with nanoscopic dimensions. The alloys investigated in this work are NiAl-Mo, NiAl-Re, NiAl-W, as well as Ag-Cu. Electrochemical processing of the directionally solidified material allows selectively dissolving either the wire or the matrix phase. Dissolving the wire phase leads to the formation of arrays of nano-sized pores, which can be used as templates for further preparation steps. Complete dissolution of the wire phase yields metal substrates with nano-sized channels. Selective dissolution of the matrix phase exposes the nanowires, yielding arrays of regularly spaced, upstanding nanowires. Variation of the etching duration gives precise control of the length of the exposed wires. As mentioned above, each wire is single crystalline. Additionally, the wires are iso-oriented so that each wire is an exact clone of each of its neighbors. Further etching leads to the complete dissolution of the matrix yielding free nanowires. These wires can be further processed and used for detailed investigations of the wires' properties as well as for fabrication of nanodevices. Handling single nanowires is achieved by employing mechanically driven micromanipulators and piezo-driven nanomanipulators in combination with a high magnification light microscope, a scanning electron microscope, as well as a focused ion beam system. The manipulators are also employed for bending tests showing the extreme flexibility of the nanoscopic wires. By combining a number of chemical, electrochemical, mechanical processing, and manipulation techniques, fabricating devices such as STM or pH probes is possible. Polymer composite materials are fabricated with both, free wires and wire arrays. Initial experiments show that a large number of different structures with a wide range of novel properties are obtainable by combining nanoscopic metal wires with polymer materials. | ||||||||||||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | ||||||||||||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | ||||||||||||||||
| Dokument erstellt am: | 07.05.2008 | ||||||||||||||||
| Dateien geändert am: | 14.05.2014 | ||||||||||||||||
| Promotionsantrag am: | 04.03.2008 | ||||||||||||||||
| Datum der Promotion: | 05.05.2008 |
