Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (10)
- Beitrag zu einem Tagungsband (4)
- Vortrag (3)
- Posterpräsentation (2)
- Corrigendum (1)
- Forschungsbericht (1)
Schlagworte
- Imaging XPS (4)
- Zentrifugentechnologie (3)
- Centrifuge technology (2)
- Degradation (2)
- Ellipsometry (2)
- Field of View (2)
- Haftfestigkeit (2)
- Härteprüfung (2)
- Impurities (2)
- Lateral resolution (2)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (3)
Die Oberflächentechnik ist eine Schlüsseltechnologie in nahezu zu allen industriellen Branchen. Mit Ausnahme der mechanischen Stabilität, die das Substrat bereitstellt, werden verschiedenartigste Funktionen materialsparend, zum Teil hochintegriert mit maßgeschneiderten Schichtdesigns unter Ausnutzung von Nano- und Quanteneffekten auf Oberflächen appliziert. Ein Großteil der Fertigungskosten in der Mikro- und Nanotechnik wird durch Reinräume und die Umsetzung ausgeklügelter Reinigungsstrategien zur Vermeidung von Restverschmutzungen und partikulären Belegungen
verursacht, da diese unweigerlich zum Bauteilversagen führen. Die Validierung des Reinigungszustandes ist somit von zentraler Bedeutung für die Schichtqualität und Produktfunktionalität. Dies gilt in Abhängigkeit von der Applikation und den vertikalen Schicht- bzw. lateralen Strukturdimensionen sowohl für Fertigungsprozesse im Reinraum als auch für solche in robuster Umgebung. In der Praxis kommt es häufig vor, dass man mikroskopisch scheinbar saubere Substrate erst durch die Beschichtung „enttarnt" und dann Defekte oft mit bloßem Auge sichtbar werden. Noch problematischer ist der Einbau von Verunreinigungen während der Schichtabscheidung, die zunächst nicht sichtbar sind, dann aber zum Bauteilversagen führen.
Für Prüfungen in der Beanspruchung auf Zug zur Bestimmung der Haft- bzw. Klebfestigkeit bzw. in der Beanspruchung auf Druck zur Bestimmung der Härte wurden bisher Zug- bzw. Härteprüfmaschinen als Ein-Proben-Prüfungen verwendet. In der Beanspruchung auf Zug ist die Probe beidseitig, und um das Einleiten von Querkräften zu verhindern, oft doppeltkardanisch einzuspannen. In jedem Falle handelt es sich um Ein-Proben-Prüfungen. Bei der Zentrifugentechnologie kann mit der Zentrifugalkraft als Prüfkraft unter Verwendung eines Trommelrotors erstmals in einer Mehr-Proben- Anordnung gearbeitet werden. Da die Proben nur einseitig unterstützt werden, ist die Beladung über einfaches Einstecken realisierbar.
Mit dem Auf-Tisch-Prüfsystem können bis zu acht Proben gleichzeitig auf Zug oder Druck beansprucht werden. Ein aufgeklebter oder anderweitig mit dem Prüfkörper verbundener und unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in einer Führungshülse radial nach außen laufender Prüfstempel beansprucht dann die Klebung, die Beschichtung oder den Verbund auf Zug bis zum Versagen. Im Augenblick des Abrisses wird ein positionscodiertes und drehzahlkorreliertes Signal gesendet und so die Bestimmung von Kleb-, Haft- bzw. Verbundfestigkeiten im Mehr-Proben-Versuch möglich. Analog beansprucht ein in einer Führungshülse radial innen an den Proben anliegender ggf. mit entsprechenden Eindringkörpern ausgerüsteter nach außen gerichteter Prüfstempel die Proben auf Druck.
Aus Drehzahl, Radius und Prüfstempelmasse können dann Kleb-, Haft- bzw, Verbundfestigkeiten oder aber Brinell-, Kugeldruck- oder Vickers-Härtewerte bestimmt werden.
Das Projekt KONTRAST adressiert die Qualitätskontrolle (QC) zur Erfassung nano- und mikroskaliger Belegung/Degradation mittels abbildender Ellipsometrie (IE). Das BAM-Teilvorhaben beinhaltet das Screening von Benchmark-Materialsystemen und die Validierung von Messstrategien. Im Ergebnis erfolgte eine Fokussierung auf das im Vergleich zur off Null Ellipsometrie (ONE) aussichtereichere Verfahren der referenzkompensierten Ellipsometrie(RKE), das marktstrategisch in RSE (referenced spectral ellipsometry) umbenannt wurde. Alle Materialsysteme der BAM-Unterauftragnehmer konnten mit IE visualisiert werden, mit dem RSE-System in wesentlich kürzeren Zeiten, auf größeren Flächen, bei vergleichbarer Empfindlichkeit und Auflösung, Komplementärverfahren waren für den schnellen Nachweis nano- und mikroskaliger Belegung nicht konkurrenzfähig, wobei zusätzliche Materialsysteme mit niedrigem Kontrast (SnO:Ni auf Glas bzw. Cr auf Chromstahl) in der BAM hergestellt wurden. Die öffentliche Präsentation des RSE-Prototyps erfolgte auf der ICSE-7 2016 mit der Publikation 2017 in Applied Surface Science.
Hydrogen economy is a central aspect of future energy supply, as hydrogen can be used as energy storage and fuel. In order tomake water electrolysis efficient, the limiting oxygen evolution reaction (OER) needs to be optimized. Therefore, C-based composite materials containing earth-abundant Fe and Mn were synthesized, characterized and tested in the OER. For pyrolysis temperatures above 700°C N-rich multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) are obtained. Inside the tubes Fe3C particles are formed, Fe and Mn oxides are incorporated in the carbon matrix and metal spinel nanoparticles cover the outer surface. The best catalyst prepared at 800°C achieves a low overpotential of 389 mV (at 10 mA/cm2) and high stability (22.6 h). From electrochemical measurements and characterization it can be concluded that the high activity is mainly provided by MWCNT, Fe3C and the metal oxides in the conductive carbon matrix. The metal spinel nanoparticles in
contrast protect the MWCNT from oxidation and thereby contribute to the high stability.
In this article, we present a novel one-pot mechanochemical reaction for the surface activation of lignin.
The process involves environmentally friendly oxidation with hydrogen peroxide, depolymerization of fractions with high molecular mass, and introduction of new carbonyl functions into the lignin backbone. Kraft lignin was ground with sodium percarbonate and sodium hydroxide in a ball mill at different time intervals. Analyses by infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), size exclusion chromatography (SEC), dynamic vapor sorption (DVS), and small-angle X-ray scattering (SAXS) showed significant improvements. After only 5 min of reaction, there was a 47% reduction in mass-average molecular weight and an increase in carboxyl functionalities.
Chemical activation resulted in an approximately 2.8-fold increase in water adsorption. Principal component analysis (PCA) provided further insight into the correlations between IR spectra and SAXS parameters
Surface self-assembly of spherical nanoparticles of sizes below 10 nm into hierarchical heterostructures is under arising development despite the inherent difficulties of obtaining complex ordering patterns on a larger scale. Due to template-mediated interactions between oil-dispersible superparamagnetic nanoparticles (MNPs) and polyethylenimine-stabilized gold nanoparticles (Au(PEI)NPs) at the water–oil interface of microemulsions, complex nanostructured films can be formed. Characterization of the reverse microemulsion phase by UV–vis absorption revealed the formation of heteroclusters from Winsor type II phases (WPII) using Aerosol-OT (AOT) as the surfactant. SAXS measurements verify the mechanism of initial nanoparticle clustering in defined dimensions. XPS suggested an influence of AOT at the MNP surface. Further, cryo-SEM and TEM visualization demonstrated the elongation of the reverse microemulsions into cylindrical, wormlike structures, which subsequently build up larger nanoparticle superstructure arrangements. Such WPII phases are thus proven to be a new form of soft template, mediating the self-assembly of different nanoparticles in hierarchical network-like filaments over a substrate during solvent evaporation.
Mit der Zentrifugentechnologie ist seit einigen Jahren ein neuartiges Mehr-Proben-Prüf-verfahren auf dem Markt etabliert, welches die klassische Zugprüfung in den Trommelrotor einer Tischzentrifuge überträgt. In der Beanspruchung auf Zug ist die Prüfung der Verbundfestigkeit seit 2017 nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert, wobei die Verbundfestigkeit von Klebungen direkt bestimmt wird und in Abhängigkeit von den Versagensformen Rückschlüsse auf die Klebfestigkeit von Klebstoffen/Klebebändern oder die Haftfestigkeit von Beschichtungen gezogen werden können.
Bei der zerstörenden Beanspruchung auf Zug ist zu beachten, dass es sich bei der Verbundfestigkeit um eine Systemeigenschaft handelt, d.h. nicht nur die chemischen und topografischen Oberflächeneigenschaften, sondern auch die plasto-elastischen Volumeneigenschaften des Klebstoffes und der Fügeteile haben Einfluss auf die ermittelten Kennwerte. Dabei ist eine qualitative Bestimmung der Versagensformen und Bruchbilder nach DIN EN ISO 10365 zwingend erforderlich, um eine Aussage über die Art des Versagens treffen zu können.
Mit der Erweiterung der Zentrifugentechnologie um Beanspruchungen auf Druck wurde dann der Nachweis erbracht, dass auch die klassische Härteprüfung in einer Zentrifuge als Mehr-Proben-Prüfung durchgeführt werden kann. Im Verbundvorhaben QUO VADIS PLUS werden derzeit invasive Beanspruchungen auf Druck zur Bestimmung der Härte von Materialien, der Kompressibilität von Metallschäumen sowie der Kompaktierbarkeit von Pulvern untersucht, was das Anwendungspotential der Zentrifugentechnologie nochmals erweitert. Dazu gehören auch kombinierte Beanspruchungen wie Zug-Scher- und Druck-Scher-Prüfungen.
Die Verbundfestigkeit von CFK-Platten in Abhängigkeit der Beanspruchungsart (Zug vs. Zug-Scher) bzw. der Faserorientierung (0°, 45°, 90°), die Klebfestigkeit von Klebstoffen bzw. Klebebändern auf unterschiedlichen Fügeteilwerkstoffen in Abhängigkeit von der Vorbehandlung, die Haftfestigkeit optischer Schichten auf Kunststoffen, die Bestimmung der Vickers-, Brinell- bzw. Kugeldruck-Härte sowie die Kompressibilität von metallischen Schäumen und Federn werden als ausgewählte Beispiele diskutiert.
This is a corrigendum to the original article "Determining the thickness and completeness of the shell of polymer core-shell nanoparticles by X-ray photoelectron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and transmission scanning electron microscopy" that was published in "The journal of physical chemistry C", vol. 123 (2019), no. 49 pp. 29765-29775.
Core–shell nanoparticles (CSNPs) have become indispensable in various industrial applications. However, their real internal structure usually deviates from an ideal core–shell structure. To control how the particles perform with regard to their specific applications, characterization techniques are required that can distinguish an ideal from a nonideal morphology. In this work, we investigated poly(tetrafluoroethylene)–poly(methyl methacrylate) (PTFE–PMMA) and poly(tetrafluoroethylene)–polystyrene (PTFE–PS) polymer CSNPs with a constant core diameter (45 nm) but varying shell thicknesses (4–50 nm). As confirmed by transmission scanning electron microscopy (T-SEM), the shell completely covers the core for the PTFE–PMMA nanoparticles, while the encapsulation of the core by the shell material is incomplete for the PTFE–PS nanoparticles. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was applied to determine the shell thickness of the nanoparticles. The software SESSA v2.0 was used to analyze the intensities of the elastic peaks, and the QUASES software package was employed to evaluate the shape of the inelastic background in the XPS survey spectra. For the first time, nanoparticle shell thicknesses are presented, which are exclusively based on the analysis of the XPS inelastic background. Furthermore, principal component analysis (PCA)-assisted time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) of the PTFE–PS nanoparticle sample set revealed a systematic variation among the samples and, thus, confirmed the incomplete encapsulation of the core by the shell material. As opposed to that, no variation is observed in the PCA score plots of the PTFE–PMMA nanoparticle sample set. Consequently, the complete coverage of the core by the shell material is proved by ToF-SIMS with a certainty that cannot be achieved by XPS and T-SEM.