Thermodynamik von Nanomaterialien

Ansprechpartner: Jörg Weissmüller

Legierungsphasendiagramme dokumentieren Gleichgewichtszustände mehr- komponentiger Systeme, zum Beispiel in der Temperatur-Zusammenset- zungsdomäne. Sie stellen eine unabkömmliche Datenbasis bei der Selektion und Optimierung von Materialsystemen für technische Anwendungen dar. Bei nanoskaligen Materialien trägt die Energetik der Grenzflächen erheblich zu den treibenden Kräften und zu den resultierenden Gleichgewichtszuständen bei. Mit der Korn- oder Partikelgröße wird daher bei Phasendiagrammen nanoskaliger Legierungen eine neue Dimension im Konfigurationsphasenraum relevant. Die damit verbundenen Zusammenhänge sind noch wenig untersucht und in weiten Bereichen unverstanden.

Unsere Experimente an matrixisolierten Nanopartikeln und an nanokristallinen Metallhydriden haben Modellcharakter für eine breitere Palette von Material- systemen.

Ausgewählte Veröffentlichungen:

J. Weissmüller
Alloy Effects in Nanostructures
NanoStruct. Mater. 3 (1993), 261

J. Weissmüller and C. Lemier
On the Size-Dependence of the Critical Point of Nanoscale Interstitial Solid Solutions
Phil. Mag. Lett. 80 (2000), 411

J. Weissmüller, P. Bunzel and G. Wilde
Two-Phase Equilibrium in Small Alloy Particles
Scripta Mater. 51 (2004), 813

C. Lemier and J. Weissmüller
Grain Boundary Segregation, Stress and Stretch: Effects on Hydrogen Absorption in Nanocrystalline Palladium
Acta Mater. 55 (2007) 1241

In nanokristallinen Legierungen mit ausgeprägter Tendenz zur Korngrenzensegregation treten als Funktion der Korngröße,D, Minima in der freien Energiekurve, G(D), aus. Diese entsprechen einem metastabilen Zustand, in dem das Kornwachstum unterbunden und das Material daher zu erhöhter Temperatur stabil ist.

In nanokristallinen Legierungen mit aus- geprägter Tendenz zur Korngrenzen- segregation treten als Funktion der Korngröße,D, Minima in der freien Ener- giekurve, G(D), aus. Diese entsprechen einem metastabilen Zustand, in dem das Kornwachstum unterbunden und das Material daher zu erhöhter Temperatur stabil ist.

Aus der Gibbsschen Phasenregel folgen Kriterien für die Topologie von Legierungsphasendiagrammen. So können drei Phasen nur in einem Punkt in der Temperatur-Zusammensetzungsdomäne (T,x) koexistieren. In nanoskaligen Systemen, wie dem gezeigten Bi-Cd Partikel in Al Matrix, sind diese Regeln scheinbar verletzt.

Aus der Gibbsschen Phasenregel folgen Kriterien für die Topologie von Legie- rungsphasendiagrammen. So können drei Phasen nur in einem Punkt in der Tempe- ratur-Zusammensetzungs-Domäne (T,x) koexistieren. In nanoskaligen Systemen, wie dem gezeigten Bi-Cd Partikel in Al Matrix, sind diese Regeln scheinbar verletzt.

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