Herstellung und Charakterisierung nanoskaliger Formgedächtnis-Schichtobjekte - Skalierungseffekte und Grenzen der reversiblen martensitischen Transformation
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes wurde das Skalierungsverhalten von nanoskaligen Ti-Ni-Cu Dünnschichten bzw. Schichtobjekten hinsichtlich der Phasentransformationseigenschaften und evtl. die Umwandlung beschränkender Faktoren untersucht. Weiterhin wurde aufgrund der erforderlichen Projektanpassung ein neuer Ansatz zur Herstellung von Legierungs-NP mit beliebiger chemischer Zusammensetzung angewendet. Folgende Erkenntnisse wurden im Rahmen dieses Projektes gewonnen: Kontinuierliche Ti51Ni38Cu11 Schichten weisen stabile reversible Phasenumwandlungen bis zu einer Schichtdicke von 50 nm auf. Für Schichtdicken < 150 nm tritt eine tetragonale Verzerrung des B19 Martensits auf. Dies kann zu verschwindend kleinen Hysteresen führen. Drahtförmige Ti51Ni38Cu11 Strukturen mit einer Schichtdicke von 100 nm zeigen ebenfalls reversible Phasenumwandlungen bis zu einer Strukturbreite von ~ 500 nm. Auch hier wird eine vergleichbare Abhängigkeit der Phasenumwandlungstemperaturen von der Strukturdimension beobachtet wie im Fall der kontinuierlichen Schichten. Der Einfluss der sich bildenden Reaktionsschichten auf die chemische Zusammensetzung sowie das Phasentransformationsverhalten wurde untersucht und ein schematisches Schichtmodell wurde erstellt. Der Einfluss der Reaktionsschichten wird für Schichtdicken < 200 nm deutlich und muss berücksichtigt werden. Au-Cu und Ti-Ni-Cu Legierungs-NP wurden mittels Sputtern in IL hergestellt. Für Ti-Ni-Cu NP zeigte sich eine Reaktion zwischen NP und IL. Hier wird deutlich, dass das zu sputternde Material und die IL aufeinander abzustimmen sind. Dennoch ist der verwendete Ansatz vielversprechend für die Synthese von Legierungs-NP mit beliebiger Zusammensetzung. Das Projekt hat die Grenzen der martensitischen Umwandlung für Ti-Ni-basierte Schichten aufgezeigt sowie MEMS-Werkzeuge und Hochdurchsatzmethoden entwickelt um diese, auch für andere Systeme, zu untersuchen. Aufgrund der hohen Reaktivität des Legierungsbestandteils Ti, können nur Schichten bis zu Schichtdicken von 50 nm eingesetzt werden. Bei lateraler Strukturierung ändert sich das Umwandlungsverhalten ebenfalls. Als Ausblick wird die Bearbeitung nanoskaliger oxidischer SMA (ZrO2, VO2) vorgeschlagen, da diese bereites im oxidierten Zustand vorliegen. Weiterhin könnten metallische Nanodrähte (z.B. Au) für Anwendungen < 50 nm genutzt werden. Im Bereich der Ti-Nibasierten SMA > 50 nm wird vorgeschlagen, die entwickelten Hochdurchsatzmethoden zum Studium des Einflusses der lateralen Strukturierung auf die Formgedächtniseigenschaften zu nutzen. Die im Projekt vorgeschlagenen nanomechanischen Untersuchungen konnten aufgrund des nicht funktionsfähigen Nanofactory-Halters nicht durchgeführt werden. Allerdings sollte dies nun, in Kooperation mit in-situ TEM Experten angegangen werden.
Publications
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