TY - JOUR A1 - Spilker, A. A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank A1 - Wieland, M. T1 - Analyse der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen aus dem BAB-Netz N2 - Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätssicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken. Eine relevante Kenngröße bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungs- und Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient dar. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung, aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Betonfahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften der verwendeten Betone aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbandeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in numerische Modelle zu realitätsnahen Vorhersagen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt sowie hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden. Außerdem werden ausgewählte Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz dargestellt. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten. KW - Betonfahrbahndecken KW - Materialkennwerte KW - Thermischer Ausdehnungkoeffizient KW - Prüfverfahren PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1002/best.202000044 VL - 116 IS - 1 SP - 26 EP - 34 PB - John Wiley & Sons AN - OPUS4-54967 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arinchtein, A. A1 - Ye, M.-Y. A1 - Yang, Q. A1 - Kreyenschulte, C. A1 - Wagner, Andreas A1 - Frisch, M. A1 - Brückner, A. A1 - Kondratenko, E. A1 - Kraehnert, R. T1 - Dynamics of Reaction-Induced Changes of Model-Type Iron Oxide Phases in the CO2-Fischer-Tropsch-Synthesis N2 - Iron-based catalysts are employed in CO2-FTS due to their ability to convert CO2 into CO in a first step and their selectivity towards higher hydrocarbons in a second CO hydrogenation step. According to the literature, iron carbides represent the active phase for hydrocarbon formation and are claimed to emerge in the presence of CO. We propose nanostructured FeOx films as model systems to assess information about the complex phase transformations during CO2-FTS. Mesoporous hematite, ferrihydrite, maghemite, maghemite/magnetite films were exposed to CO2-FTS atmospheres at 20 bar and 300°C. Up to three distinct phases were observed depending on the timeon-stream (TOS): a sintered maghemite/magnetite phase, a carbidic core-shell structure, and a low-crystalline, needle-type oxide phase. Our findings indicate that the formation of an intermediary maghemite/magnetite phase, predominant after short TOS (30 h), precedes the evolution of the carbide phase. Yet, even after prolonged TOS (185 h), no full conversion into a bulk carbide is observed. KW - Nanostructured FeOx films KW - CO2 KW - Scanning Auger Spectroscopy PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-549709 DO - https://doi.org/10.1002/cctc.202200240 SN - 1867-3880 VL - 14 IS - 14 SP - 1 EP - 11 PB - Wiley-VCH AN - OPUS4-54970 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Roveda, Ilaria A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Madia, Mauro T1 - Investigation of residual stresses and microstructure effects on the fatigue behaviour of a L-PBF AlSi10Mg alloy N2 - Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) allow the fabrication of lightweight near net shape AlSi10Mg components attractive to the aerospace, automotive, biomedical and military industries. During the build-up process, high cooling rates occur. Thus, L-PBF AlSi10Mg alloys exhibit a Si-nanostructure in the as-built condition, which leads to superior mechanical properties compared to conventional cast materials. At the same time, such high thermal gradients generally involve a deleterious residual stress (RS) state that needs to be assessed during the design process, before placing a component in service. To this purpose post-process heat treatments are commonly performed to relieve detrimental RS. In this contribution two low-temperature stress-relief heat treatments (SRHT) are studied and compared with the as-built state: a SRHT at 265°C for 1 hour and a SRHT at 300°C for 2 hours. At these temperatures microstructural changes occur. In the as-built state, Si atoms are supersaturated in the α-aluminium matrix, which is enveloped by a eutectic Si-network. At 265°C the Si precipitation from the matrix to the pre-existing network is triggered. Thereafter, above 295°C the fragmentation and spheroidization of the Si branches takes place, presumably by Al–Si interdiffusion. After 2 hours the original eutectic network is completely replaced by uniformly distributed blocky particles. The effect of the heat and the microstructure modification on the RS state and the fatigue properties is investigated. Energy dispersive x-ray and neutron diffraction are combined to investigate the near-surface and bulk RS state of a L-PBF AlSi10Mg material. Differences in the endurance limit are evaluated experimentally by high cycle fatigue (HCF) tests and cyclic R-curve determination. T2 - 43rd Materials Mechanics Seminar CY - Sani, Chalkidiki, Greece DA - 05.06.2022 KW - AlSi10Mg KW - Fatigue KW - Neutron diffraction KW - X-ray diffraction PY - 2022 AN - OPUS4-55090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR T1 - Amts- und Mitteilungsblatt, Band 52, Heft 2 T3 - Amts- und Mitteilungsblatt der BAM - 2/2022 KW - Festlegungen KW - Zulassungen KW - Richtlinien KW - Anerkennungen PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-550917 SN - 0340-7551 VL - 52 IS - 2 SP - 55 EP - 158 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-55091 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Chinnasamy, R. A1 - Ravi, J. A1 - Pradeep, V.V. A1 - Manoharan, D. A1 - Emmerling, Franziska A1 - Bhattacharya, Biswajit A1 - Ghosh, S. T1 - Adaptable Optical Microwaveguides From Mechanically Flexible Crystalline Materials N2 - Flexible organic crystals (elastic and plastic) are important materials for optical waveguides, tunable optoelectronic devices, and photonic integrated circuits. Here, we present highly elastic organic crystals of a Schiff base, 1-((E)-(2,5-dichlorophenylimino)methyl)naphthalen-2-ol (1), and an azine molecule, 2,4-dibromo-6-((E)-((E)-(2,6-dichlorobenzylidene)hydrazono)methyl)phenol (2). These microcrystals are highly flexible under external mechanical force, both in the macroscopic and the microscopic regimes. The mechanical flexibility of these crystals arises as a result of weak and dispersive C−H⋅⋅⋅Cl, Cl⋅⋅⋅Cl, Br⋅⋅⋅Br, and π⋅⋅⋅π stacking interactions. Singly and doubly-bent geometries were achieved from their straight shape by a micromechanical approach using the AFM cantilever tip. Crystals of molecules 1 and 2 display a bright-green and red fluorescence (FL), respectively, and selective reabsorption of a part of their FL band. Crystals 1 and 2 exhibit optical-path-dependent low loss emissions at the termini of crystal in their straight and even in extremely bent geometries. Interestingly, the excitation position-dependent optical modes appear in both linear and bent waveguides of crystals 1 and 2, confirming their light-trapping ability. KW - Crystal growth KW - Fluorescence KW - Mechanophotonics KW - Micromanipulation KW - Optical waveguides PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1002/chem.202200905 SN - 0947-6539 SP - 1 EP - 8 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-55018 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mishurova, Tatiana T1 - 3D imaging and residual stress analysis of AM materials at BAM N2 - The overview of the activity of group 8.5 Micro-NDT (BAM, Belin, Germany) in the field of additively manufacturing material characterization will be presented. The research of our group is focused on the 3D imaging of AM materials by means of X-ray Computed Tomography at the lab and at synchrotron, and the residual stress characterization by diffraction (nondestructive technique). T2 - Seminar at Chalmers University and Centre for Additive Manufacture (CAM2) CY - Gothenburg, Sweden DA - 19.05.2022 KW - Additive manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - Residual stress KW - Computed tomography KW - Synchrotron X-ray diffraction KW - X-ray refraction PY - 2022 AN - OPUS4-55019 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bruno, Giovanni A1 - Evsevleev, Sergei A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Meinel, Dietmar A1 - Koptyug, A. A1 - Surmeneva, M. A1 - Khrapov, D. A1 - Paveleva, A. A1 - Surmenev, R. T1 - Röntgen-Computertomographie-Verfahren zur quantitativen Charakterisierung periodischer Minimalflächenstrukturen (TMPS) N2 - Additiv gefertigte (AM) dreifach periodische metallische minimale Oberflächenstrukturen (TPMSS, aus dem Englischen Triply Periodic Minimum Surface Structures) erfüllen mehrere Anforderungen sowohl im biomedizinischen als auch im technischen Bereich: Abstimmbare mechanische Eigenschaften, geringe Empfindlichkeit gegenüber Herstellungsfehlern, mechanische Stabilität und hohe Energieabsorption. Allerdings stellen sie auch einige Herausforderungen in Bezug auf die Qualitätskontrolle dar, die ihre erfolgreiche Anwendung verhindern können. Tatsächlich ist die Optimierung des AM-Prozesses ohne die Berücksichtigung struktureller Merkmale wie Fertigungsgenauigkeit, interne Defekte sowie Oberflächentopographie und -rauheit unmöglich. In dieser Studie wurde die quantitative zerstörungsfreie Analyse von Ti-6Al-4V-Legierung TPMSS mit Hilfe der Röntgen-Computertomographie (XCT) durchgeführt. Es werden mehrere neue Bildanalyse-Workflows vorgestellt, um die Auswirkungen der Aufbaurichtung auf die Wanddickenverteilung, die Wanddegradation und die Verringerung der Oberflächenrauheit aufgrund des chemischen Ätzens von TPMSS zu bewerten. Es wird gezeigt, dass die Herstellungsgenauigkeit für die Strukturelemente, die parallel und orthogonal zu den hergestellten Schichten gedruckt werden, unterschiedlich ist. Verschiedene Strategien für das chemische Ätzen zeigten unterschiedliche Pulverabtragsfähigkeiten und damit ein Gradient der Wanddicke. Dies wirkte sich auf die mechanische Leistung unter Druck durch die Verringerung der Streckspannung aus. Eine positive Auswirkung des chemischen Ätzens ist die Verringerung der Oberflächenrauhigkeit, die möglicherweise die Ermüdungseigenschaften der Bauteile verbessern kann. Schließlich wurde XCT eingesetzt, um die Menge des zurückgehaltenen Pulvers mit der Porengröße des TPMSS zu korrelieren, wodurch der Herstellungsprozess weiter verbessert werden kann. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Additive Fertigung KW - Computertomographie KW - Wändedicke KW - Machine Learning PY - 2022 AN - OPUS4-55021 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Burkert, Andreas A1 - Lehmann, Jens A1 - Müller, Thoralf T1 - Bedingungen für den schadensfreien Einsatz von nichtrostenden Stählen N2 - Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen. Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung, die mechanische Bearbeitung, die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassivierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten, wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung. T2 - Nichrostende Stähle - Eigenschaften und Anwendung CY - Düsseldorf, Germany DA - 01.06.2022 KW - Korrosion KW - Werkstoffauswahl KW - Dauerhaftigkeit PY - 2022 AN - OPUS4-54989 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Müller, Anja T1 - Determination of the actual morphology of core-shell nanoparticles by advanced X-ray analytical techniques: A necessity for targeted and safe nanotechnology N2 - Even though we often do not knowingly recognize them, nanoparticles are present these days in most areas of our daily life, including food and its packaging, medicine, pharmaceuticals, cosmetics, pigments as well as electronic products, such as computer screens. The majority of these particles exhibits a core-shell morphology either intendedly or unintendedly. For the purpose of practicability, this core-shell nanoparticle (CSNP) morphology is often assumed to be ideal, namely a spherical core fully encapsulated by a shell of homogeneous thickness with a sharp interface between core and shell material. It is furthermore widely presumed that all nanoparticles in the sample possess the same shell thickness. As a matter of fact, most real CSNPs deviate in several ways from this ideal model with quite often severe impact on how efficiently they perform in a specific application. The topic of this cumulative PhD thesis is the accurate characterization of the actual morphology of CSNPs by advanced X-ray analytical techniques, namely X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning transmission X-ray microscopy (STXM). A special focus is on CSNPs which deviate from an ideal core-shell morphology. In the paper from 2019 nanoparticle shell thicknesses are extracted from the elastic-peak intensities in an XPS spectrum based on an ideal particle morphology. This happens for a series of CSNP samples comprising a poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) core and either a poly(methyl methacrylate) (PMMA) or polystyrene (PS) shell. The same paper as well as the paper from 2020 demonstrate for the first time, that the analysis of the inelastic background in an XPS spectrum of CSNPs can identify and quantify the heterogeneity of the shell and the incomplete encapsulation of the core. The result from an XPS experiment is always an average across a large nanoparticle ensemble. Deviations from an ideal morphology within a single particle of the sample cannot be assessed separately. As opposed to that, a spatial resolution of 35 nm enables STXM to visualize the interior of single CSNPs which exhibit a sufficient X-ray absorption contrast between core and shell material. In the paper from 2018 a STXM analysis is demonstrated based on the example of the PTFE-PS CSNP samples already mentioned in the previous paragraph. In the publication from 2021 (Ca/Sr)F₂ core-shell like nanoparticle ensembles for the practical use in, among others, antireflective coatings are investigated. These nanoparticles do not possess a sharp interface between core and shell material, which is why a shell thickness determination as described in the second paragraph is inappropriate. Instead, in-depth profiles of the chemical composition are obtained by XPS experiments based on synchrotron radiation with variable X-ray photon energy to elucidate the internal morphology of the particles. Additionally, theoretical in-depth profiles of Ca and Sr XPS peak intensities are simulated, in order to facilitate the interpretation of the experiments. Thus, an enrichment of CaF₂ at the particle surface was determined, which could hardly have been assessed by any other analytical technique. Because this kind of non-destructive depth profiling by XPS is very demanding, more than usual effort is spent on gapless documentation of the experiments to ensure full reproducibility. Due to the vast diversity of nanoparticles differing in material, composition and shape, a measurement procedure cannot unalteredly be transferred from one sample to another. Nevertheless, because the papers in this thesis present a greater depth of reporting on the experiments than comparable publications, they constitute an important guidance for other scientists on how to obtain meaningful information about CSNPs from surface analysis. N2 - Obwohl wir sie oft nicht bewusst wahrnehmen, sind Nanopartikel heutzutage in den meisten Bereichen unseres Alltags präsent, unter anderem in Lebensmitteln und ihren Verpackungen, Medizin, Medikamenten, Kosmetik, Pigmenten und in elektronischen Geräten wie Computermonitoren. Ein Großteil dieser Partikel weist, beabsichtigt oder unbeabsichtigt, eine Kern-Schale Morphologie auf. Einfachheitshalber wird diese Morphologie eines Kern-Schale-Nanopartikels (CSNP) oft als ideal angenommen, d.h. als ein sphärischer Kern, der komplett von einer Schale homogener Dicke bedeckt ist, mit einer scharfen Grenzfläche zwischen Kern- und Schalenmaterial. Außerdem wird vielfach auch davon ausgegangen, alle Partikel der Probe hätten gleiche Schalendicken. Tatsächlich weichen die meisten realen CSNPs in verschiedenster Weise von diesem Idealmodell ab, mit oft drastischen Auswirkungen darauf, wie gut sie ihre Aufgabe in einer bestimmten Anwendung erfüllen. Das Thema dieser kumulativen Doktorarbeit ist die exakte Charakterisierung der wirklichen Morphologie von CSNPs mit modernen Röntgen-basierten Methoden, konkret Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) und Raster-Transmissions-Röntgen-Mikroskopie (STXM). Der Fokus liegt insbesondere auf CSNPs, die von einer idealen Kern-Schale-Morphologie abweichen. Im Artikel von 2019 werden Schalendicken von Nanopartikeln aus den elastischen Peakintensitäten im XPS-Spektrum unter Annahme einer idealen Partikelmorphologie abgeleitet. Dies geschieht für eine Reihe von CSNP-Proben, welche aus einem Polytetrafluoroethylen- (PTFE) Kern und entweder einer Polymethylmethacrylat- (PMMA) oder Polystyrol- (PS) Schale bestehen. Sowohl dieser Artikel als auch der von 2020 zeigen erstmals, dass die Auswertung des inelastischen Untergrunds eines CSNP-XPS-Spektrums in der Lage ist, die Heterogenität der Schale und die unvollständige Ummantelung des Kerns zu identifizieren und zu quantifizieren. Das Ergebnis eines XPS-Experiments ist immer ein Mittelwert über ein großes Nanopartikelensemble. Inwiefern ein einzelner Partikel innerhalb der Probe von einer idealen Morphologie abweicht, kann nicht gesondert erfasst werden. Im Gegensatz dazu kann STXM mit einer räumlichen Auflösung von 35 nm das Innere einzelner CSNPs visualisieren, sofern sie genügend Röntgenabsorptionskontrast zwischen Kern- und Schalenmaterial aufweisen. Im Artikel von 2018 wird am Beispiel der bereits im vorherigen Abschnitt genannt PTFE-PS-CSNPProben eine solche STXM-Untersuchung demonstriert. In der Veröffentlichung von 2021 werden Kern-Schale-artige (Ca/Sr)F₂-Nanopartikel für den praktischen Einsatz in unter anderem entspiegelnden Beschichtungen untersucht. Da hier keine scharfe Grenzfläche zwischen Kern- und Schalenmaterial vorliegt, ist eine Schalendickenbestimmung, wie sie im zweiten Abschnitt diskutiert wird, nicht sinnvoll. Stattdessen werden mit Hilfe von XPS, angeregt mit Synchrotronstrahlung bei variabler Röntgenphotonenenergie, Tiefenprofile der chemischen Zusammensetzung generiert, um die innere Morphologie der Partikel aufzuklären. Zusätzlich werden theoretische Tiefenprofile der Ca- und Sr-XPS-Peakintensitäten simuliert, um die Interpretation der Experimente zu erleichtern. So wurde eine CaF₂-Anreicherung an der Oberfläche der Partikel festgestellt, die kaum mit einer anderen analytischen Methode hätte entdeckt werden können. Da diese zerstörungsfreie Bestimmung von XPS-Tiefenprofilen sehr anspruchsvoll ist, wird noch mehr als üblich auf die lückenlose Dokumentation des Experiments geachtet, um vollständige Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Aufgrund der enormen Vielfalt an CSNPs, die sich in Material, Zusammensetzung und Form unterscheiden, kann eine Messmethode nicht völlig unverändert von einer Probe auf eine andere übertragen werden. Nichtsdestotrotz, da die als Teil dieser Doktorarbeit präsentierten Artikel eine deutlich ausführlichere Beschreibung der Experimente enthalten als vergleichbare Publikationen, stellen sie eine wichtige Anleitung für andere Wissenschaftler dafür dar, wie aussagekräftige Informationen über CSNPs durch Oberflächenanalytik erhalten werden können. KW - Core-shell nanoparticle (CSNP) KW - X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) KW - Scanning transmission X-ray microscopy (STXM) PY - 2022 DO - https://doi.org/10.18452/24312 SP - i EP - 243 PB - Humboldt-Universität CY - Berlin AN - OPUS4-54991 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Belenguer, A. A1 - Lampronti, G. A1 - Michalchuk, Adam A1 - Emmerling, Franziska A1 - Sanders, J. T1 - Quantitative reversible one pot interconversion of three crystalline polymorphs by ball mill grinding N2 - We demonstrate here using a disulfide system the first example of reversible, selective, and quantitative transformation between three crystalline polymorphs by ball mill grinding. This includes the discovery of a previously unknown polymorph. Each polymorph is reproducibly obtained under well-defined neat or liquid-assisted grinding conditions, revealing subtle control over the apparent thermodynamic stability. We discovered that the presence of a contaminant as low as 1.5% mol mol−1 acting as a template is required to enable all these three polymorph transformations. The relative stabilities of the polymorphs are determined by the sizes of the nanocrystals produced under different conditions and by surface interactions with small amounts of added solvent. For the first time, we show evidence that each of the three polymorphs is obtained with a unique and reproducible crystalline size. This mechanochemical approach gives access to bulk quantities of metastable polymorphs that are inaccessible through recrystallisation. KW - Mechanochemistry KW - Polymorph KW - XRD PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-549934 DO - https://doi.org/10.1039/D2CE00393G SP - 1 EP - 7 PB - Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-54993 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -