Bilderordner BdM 2012
Die Abbildung zeigt ein Modellexperiment zur Polysulfid-Bildung in Lithium-Schwefel-Zellen. Deutlich zu erkennen ist die von der Kathode ausgehende Lösung der gelblich-braunen Polysulfide im flüssigen Elektrolyten während der Entladung der Zelle. Bild eingereicht von Stefanie Diegelmann und Hauke Metelmann, Physikalisch-chemisches Institut
Die Abbildung zeigt einen Nanodraht-Feldeffekt-Transistor. Ein mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsener Silizium-dotierter und vom Wachstumssubstrat abgelöster Galliumnitrid-Nanodraht ist an beiden Enden mit Titan/Gold kontaktiert, um zwei ohmsche Kontakte zu erhalten (Drain & Source). Der Platinkontakt in der Mitte dient als Metall-Schottky-Gate.Die Strukturübertragung erfolgte additiv durch thermisches Aufdampfen bzw. Sputtern nach mehreren Elektronenstrahllithografien in PMMA (Polymethylmethacrylat) und anschließendem Metall-lift-off. (Bild eingereicht von Markus Schäfer, AG Eickhoff.)
Die Abbildung zeigt einen nanoporösen Film aus kristallinem TiO2 auf einem Kunststoffplättchen, das mit einer leitfähigen, transparenten ITO-Schicht versehen ist. Solche porösen TiO2-Schichten dienen im Rahmen eines BMBF-Projektes als Halbleiter für neuartige Solarzellen mit Polymeren als Lochleitern. Die porösen TiO2-Schichten können mithilfe von Polystyrol-Kugeln als Templat unter Bestrahlung mitUV-Licht in einem Prozess hergestellt werden, der die Materialien in keinem Schritt mehr als 80°C aussetzt; dies könnte die Herstellung von Solarzellen auf flexiblen Substraten ermöglichen. (Bild eingereicht von Michael Schröder und Matthias Böhm, Physikalisch-chemisches Institut, Arbeitsgruppe Smarsly)
Die Abbildung zeigt ein in Gießen entwickeltes und gefertigtes Radiofrequenz-Ionentriebwerk, das im Rahmen einer Materialdepositionsanlage als Ionenquelle Anwendung findet. Zur genaueren Untersuchung der Fokussierungseigenschaften wurde ein Teststand entwickelt, in welchem Divergenz und Intensität beobachtet werden konnten. Derartige Voruntersuchungen sind zwingend erforderlich, um Prozesskontrolle und homogene Materialabscheidung garantieren zu können. Dargestellt sind Strahlprofile unter Variation der Gaslast.(Bild eingereicht von Martin Becker, I. Physikalisches Institut, AG Meyer)
Die Aufnahme zeigt den Probenkopf des neu in Betrieb genommen Messaufbaus zur simultanen Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Thermokraft von thermoelektrischen Materialien. Die Apparatur kann im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800 °C betrieben werden, wobei die Messung unter Heliumatmosphäre erfolgt. (Bild eingereicht von Prof. Dr. Sabine Schlecht, Institut für Anorganische und Analytische Chemie.)
Die Abbildung zeigt das Ergebnis einer elektrochemischen Abscheidung von Zinkoxid auf einem leitfähig beschichteten textilen Faden. Die Bedingungen wurden so gewählt, dass poröses Zinkoxid erhalten wurde, das in ausgerichteten Mikro-Nano-Säulen kristallisierte. Diese Art der Schichtpräparation ermöglicht eine hohe innere Elektrodenoberfläche bei dennoch optimaler Zugänglichkeit der Oberfläche durch eine Kontaktphase. Nach Sensibilisierung mit einem Farbstoff, Kontaktierung mit einem Redoxelektrolyten und einem Gegenelektrodenfaden können so textilbasierte Solarzellen realisiert werden. Ein solcher Typ von Solarzelle verbindet die mechanisch und technologisch sehr attraktiven Eigenschaften von Textilien wie hohe mechanische Flexibilität und Reißfestigkeit bei dennoch geringer Masse mit der Funktionalität von Solarzellen. Derzeit werden solche Zellen für einen Einsatz zur unabhängigen Energieversorgung von textilbasierten elektronischen Schaltungen in Medizin, Sport und Arbeitssicherheit entwickelt (Bild eingereicht von Prof. Dr. Derck Schlettwein, Institut für Angewandte Physik).
Die Abbildung links zeigt die Fermifläche von MnAs in der hexagonalen NiAs-Struktur für die Majoritäts- (oben) und die Minoritätselektronen (unten). Rechts ist der elektronische Transport an der Fermienergie für verschiedene kristallographische Richtungen wellenzahlaufgelöst dargestellt. Dabei ist der elektronische Transport im Grunde genommen die Projektion der Fermifläche auf die Ebene senkrecht zur Transportrichtung. (Bild eingereicht von Michael Czerner, Arbeitsgruppe Prof. Christian Heiliger, I. Physikalisches Institut.)
Die Aufnahme rechts zeigt den AFM-Messkopf des im UHV betriebenen Modulationsreibungsmikroskops. Gut zu erkennen ist der für die Grob- und Feinpositionierung verwendete 3-achsige "Inchworm"-Antrieb mit dem Probenteller. Die Abbildung links unten zeigt eine damit aufgenommene Oberfläche einer HOPG-Probe (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) und die dazu simultan gemessene Modulationsamplitude der dynamischen Reibung zwischen Spitze und Oberfläche (oben). Für die Regelung der Modulationsamplitude wurde das nichtlineare Schwingverhalten des Hebelarms im Übergang von der Haft- zur Gleitreibung ausgenutzt. Deutlich ist die erhöhte Reibung an Kanten zu erkennen. (Bild eingereicht von Felix Mertens und Thomas Göddenhenrich, Arbeitsgruppe Prof. André Schirmeisen, Institut für Angewandte Physik.)
Ein industriell wichtiger Prozess ist die oxidative Rückgewinnung von Chlor aus Chlorwasserstoff (HCl). In der Abbildung ist der katalytische Zyklus bei der HCl-Oxidation (Deacon-Prozess) dargestellt. Die angegebenen Energien wurden mittels Dichtefunktionalrechnungen bestimmt. Zunächst müssen beide Eduktmoleküle (HCl und O2) auf dem Katalysator dissoziativ adsorbieren. Die dabei freigesetzten Wasserstoffatome werden auf unterkoordinierte Sauerstoffatome transferiert und bilden Wasser, das von der Katalysatoroberfläche desorbiert. Im letzten Schritt rekombinieren benachbarte adsorbierte Chloratome und bilden das gewünschte Produkt Cl2. Dieser letzte Reaktionsschritt besitzt die höchste Aktivierungsenergie (228 kJ/mol). (Bild eingereicht von Prof. Dr. Herbert Over, Physikalisch-Chemisches Institut.)
Die Lichtmikroskop-Aufnahme links zeigt eine Graphit-Flocke, die sehrdeutlich Faltungen auf der Oberfläche zeigt. Diese Faltungen sindunterschiedlich stark, was an den verschiedenen Schattierungen zuerkennen ist; die Schichtdicke des Graphits ist also nicht homogen. InGraphen-Monolagen entstehen solche Aufwölbungen durchKompressions-Spannungen in den ein Atom dicken Schichten. DasRaman-Spektrum rechts zeigt das Signal der 2D-Bande, anhand dessenGraphen-Monolagen identifiziert werden können. Außerdem können Aussagenüber Kompression bzw. Dehnung in der Schicht gemacht werden,denn in diesem Fall lässt sich auf der rechten Seite des Signals, wie indiesem Beispiel, eine leichte Schulter erkennen.(Bild eingereicht von Dominique Schüpfer, I. Physikalisches Institut, AGKlar)
Die Abbildung zeigt die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Kathode für Lithium-Schwefel-Batterien. Im oberen Bild ist ein Ausschnitt der Elektrodenoberfläche zu sehen, in dem durch ein EDX-Mapping die Verteilung von Kohlenstoff, Fluor und Schwefel sichtbar gemacht wurde. In den drei unteren Bildern ist jeweils die Verteilung von Kohlenstoff, Fluor und Schwefel an dieser Stelle separat zu sehen. Die Elektrode besteht aus drei Materialien: 1) dem Aktivmaterial (Schwefel), 2) einem Leitadditiv (Kohlenstoff; Sicherstellung der elektronischen Leitfähigkeit in der Elektrode) und 3) einem Binder (PVdF (Polyvinylidenfluorid); er verbindet die einzelnen Elektrodenbestandteile miteinander und sorgt für die Haftung der Elektrode am Stromableiter). Auf dem Bild ist gut ein Schwefel-Partikel zu erkennen, der von Kohlenstoffkugeln umgeben ist. Die gleichmäßige Verteilung des Fluors deutet daraufhin, dass die einzelnen Elektrodenbestandteile gut durch den Binder miteinander verbunden sind. (Bild eingereicht von Stefanie Diegelmann, Arbeitsgruppe Prof. J. Janek, Physikalisch-Chemisches Institut.)
