Korrelierte Anwendung von Präzessionselektronenbeugung und Atomsondentomographie zur kristallographischen und chemischen Untersuchung von Nanomaterialien in 3D

• Antragsteller: Dr. Xuyang Zhou, seit 9/2022
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431450858

Korngrenzenseigerung führt zu ebenso stark lokalisierten wie ausgeprägten Veränderungen der lokalen Zusammensetzung von Werkstoffen. Dieser Effekt kann deren Belastbarkeit um Größenordnungen beeinflussen, wie z. B. im Fall der Korngrenzenversprödung. Um dieses Phänomen zu verstehen, muss eine große Anzahl von Korngrenzen sowohl hinsichtlich ihrer fünf kristallographischen Grenzflächenparameter als auch ihrer chemischen Zusammensetzung auf beinahe atomarer Skala charakterisiert werden. Die Autoren dieses Forschungsprojektes haben bereits gezeigt, dass dies durch die gemeinsame Anwendung von zwei hochauflösenden Charakterisierungstechniken auf derselben Probe möglich ist. Durch die Kombination der zweidimensionalen (2D) Transmissionselektronen (TEM)-Mikroskopietechnik Raster-Nanobeamdiffraktion (NBD) mit der dreidimensionalen (3D) Methode der Atomsondentomographie kann eine große Anzahl von Korngrenzen mit großer Genauigkeit hinsichtlich ihrer Struktur und chemischen Zusammensetzung charakterisiert werden. Diese Technik ist jedoch auf Mikrostrukturen mit kolumnaren Kornformen beschränkt, da die herkömmliche 2D-Raster-NBD keine Kornüberlappungen verarbeiten kann. Die Entwicklung einer 3D-Raster-NBD-Technik, die auf einer Kippserie von 2D-Raster-NBD-Messungen basiert, wird uns auch die Charakterisierung von Korngrenzenseigerung in Materialien mit globulitischen, nanokristallinen Mikrostrukturen ermöglichen. Dies erweitert nicht nur die Anzahl der zugänglichen Materialsysteme, sondern erhöht auch den Durchsatz der zu messenden Korngrenzen deutlich, da bei gleichem Korndurchmesser globulitische Kornstrukturen eine weitaus höhere Anzahl von Korngrenzen enthalten als Mikrostrukturen mit kolumnaren Körnern. Zuerst werden wir die Methode auf nanokristallinem Aluminium entwickeln, da hier eine Vorlage der 3D-Orientierungskarte mittels Atomsondenkristallographie erzeugt werden kann und dies die Entwicklung vereinfacht. In einem zweiten Schritt wird das Verfahren auf das technologisch wichtige nanokristalline Eisen-Kohlenstoffsystem angewendet, bei dem die Methode der Atomsondenkristallographie nicht anwendbar ist. Für diese herausfordernde Aufgabe vereinen wir die Kompetenz von vier Methodenentwicklern aus komplementären Bereichen: 2D-NBD (Edgar Rauch, Grenoble), 3D-Synchrotron-Beugungs-Kontrasttomographie (Wolfgang Ludwig, Grenoble), ortskorrelierte TEM/Atomsondentomographie und Korngrenzenseigerung (Michael Herbig, Düsseldorf) und Atomsondenkristallographie (Andrew Breen, Düsseldorf).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Dr. Andrew Breen
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sophie Cazotte; Professor Pierre Lhuissier, Ph.D.; Privatdozent Dr. Wolfgang Ludwig; Privatdozent Dr. Edgar Rauch; Professorin Dr. Muriel Veron
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Michael Herbig, bis 8/2022