Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen (MWT-M2/M3-Mik&NanoChar)12.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Microscopy and Nanocharacterization of Materials)
(Prüfungsordnungsmodul: Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)

Lehrveranstaltungen:

• Es müssen optionale Lehrveranstaltungen in einem Umfang von mind. 4,5 ECTS zusätzlich zu den Pflichtveranstaltungen gewählt werden.

  • Elektronenmikroskopie I (WS 2015/2016)
    (Vorlesung, 2 SWS, Erdmann Spiecker, Mo, 10:15 - 11:45, 1.84; ab 19.10.2015)
  • Elektronenmikroskopie II (SS 2016)
    (Vorlesung, 2 SWS, Stefanie Fladischer et al., Mo, 12:15 - 13:45, H14)
  • Praktikum Transmissionselektronenmikroskopie (WS 2015/2016)
    (Praktikum, 1,5 SWS, Anwesenheitspflicht, Erdmann Spiecker, Zeit und Raum n.V.)
  • Einführung in die Rasterelektronenmikroskopie (SS 2016 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Julian Müller et al., Mi, 12:00 - 13:30, 1.225; ab 20.4.2016)
  • Blockpraktikum zur Vorlesung "Einführung in die Rasterelektronenmikroskopie" (SS 2016 - optional)
    (Praktikum, Anwesenheitspflicht, Erdmann Spiecker, Zeit und Raum n.V.)
  • Mikro- und Nanomechanik (WS 2015/2016 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle, Fr, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5)
  • Einführung in Nanoindentierung und AFM (SS 2016 - optional)
    (Kurs, 1 SWS, Benoit Merle, Blockveranstaltung 19.7.2016-20.7.2016 Di, Mi, 8:30 - 18:00, 3.31, Martensstr. 5; Blockveranstaltung, vor. 19.+20.07.,)

Inhalt:

Elektronenmikroskopie I:

• Beschreibung schneller Elektronen

• Grundlagen der Elektronenoptik

• Komponenten eines TEM

• Wechselwirkung Elektron-Materie

• Elektronenbeugung

• Abbildungsmodi (HF, DF, HRTEM)

• Kontrastentstehung im TEM

• Charakterisierung von Kristalldefekten (Versetzungen, SF,…)

• Anwendungsbeispiele
  

Elektronenmikroskopie II:

• Konvergente Elektronenstrahlbeugung (CBED)

• Hochaufgelöste Transmissionselektronen-mikroskopie (HRTEM)

• Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM): Z-Kontrast

• Elektronentomographie: 3D-Analysen (ET)

• Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX): Chemische Analyse auf Nanoskala

• Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (EELS) und Energiegefilterte TEM (EFTEM): Chemische Analyse und Untersuchung von Bindungs-eigenschaften

• Anwendungsbeispiele
  

Rasterelektronenmikroskopie:

• Komponenten eines REM (Quelle, Elektronenoptik, Detektoren), Elektronenstrahl (Aberration – Strahldurchmesser, Konvergenzwinkel - Schärfentiefe)

• Elastische/inelastische Wechselwirkung Elektron-Probe, Wechselwirkungsvolumen, Sekundär-/Rückstreuelektronenerzeugung

• Kontrastmechanismen mit Bezug auf die verschiedenen Detektorsysteme (Abhändigkeit von geräte-/materialspezifischen Parametern)

• Elektronenbeugung + spezielle Methoden

• Rastertransmissionsmikroskopie (STEM)

• Quantitative Röntgenspektroskopie

• Präparationsspezifische Probleme

• Anwendungsbeispiele

Mikro/ Nanomechanik:

• Größeneffekte in der Plastizität: Härtungsmechanismen, Dehngradientenplastizität, Eindruckgrößeneffekte

• Mechanische Eigenschaften dünner Schichten, Pillars und Whiskers

• Testverfahren für dünne Schichten: Stoney Gleichung, Bulge Test

• Grenzflächenhaftfestigkeit dünner Schichten

• Elast. Kontaktmechanik: Adhäsion, Hertz, Sneddon

• Plast. Kontaktmechanik: Constraint Faktor

• Nanoindentierung: Oliver/Pharr Methode, dynamische Indentierung
  

Lernziele und Kompetenzen:

Folgende Lernziele werden angestrebt:

• Vertieftes Erlernen mikroskopischer Verfahren zur Untersuchung von Materialien auf kleinen Längenskalen

• Vertieftes Erlernen der vielfältigen Verfahren der Elektronenmikroskopie und deren Anwendung in den Material- und Nanowissenschaften

• Erwerben fundierter Kenntnisse über den Einsatz von Rastersondenverfahren

• Erlernen der Methoden der Nanoindentierung und deren Einsatz zur lokalen Untersuchung von mechanischen Materialeigenschaften

• Erlernen der Einsatzmöglichkeiten hochaufgelöster mikroskopischer Verfahren zur Untersuchung von Nanomaterialien

• Vertiefung der Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung, der Struktur und den Eigenschaften von Werkstoffen

• erwerben fundierter Kenntnisse über die Grundlagen zum Aufbau der verschiedenen Werkstoffklassen,

• Vertiefung der erlernten Inhalte durch Übungen und praktische Kurse an den Mikroskopen (REM, TEM, AFM)

• Erweiterung des Wissenshorizonts durch angewandte Beispiele und Übungen
  

Literatur:

• Vorlesungsskripte

• Williams & Carter, Transmission Electron Microscopy, Springer Verlag

• Reimer & Kohl, Transmission Electron Microscopy, Springer Verlag

• Fultz & Howe

• Reimer, Scanning Electron Microscopy, Springer Verlag

• Goodhew, Humphreys and Beanland, Electron Microscopy and Analysis, Taylor & Francis

• P. Haasen, Physikalische Metallkunde, Springer Verlag

• G. Gottstein, Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Spinger Verlag

• Weitere Fachliteratur

Bemerkung:

Vergleiche bei den einzelnen Veranstaltungen.

Organisatorisches:

Vergleiche bei den einzelnen Veranstaltungen.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Allgemeine Werkstoffeigenschaften | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
2. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffkunde und Technologie der Metalle | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
3. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffkunde und Technologie der Metalle | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
4. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Glas und Keramik | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
5. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Glas und Keramik | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
6. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Korrosion und Oberflächentechnik | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
7. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Korrosion und Oberflächentechnik | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
8. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Polymerwerkstoffe | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
9. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Polymerwerkstoffe | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
10. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffe in der Elektrotechnik | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
11. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffe in der Elektrotechnik | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
12. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffe in der Medizin | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
13. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffe in der Medizin | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
14. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffsimulation | 2. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M2) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)
15. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Werkstoffsimulation | 3. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M3) | Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Modulprüfung "Mikroskopie und Nanocharakterisierung von Werkstoffen" (MWT-M2/M3-Mik&NanoChar) (Prüfungsnummer: 64001)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 20, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2016, 1. Wdh.: WS 2016/2017

1. Prüfer:

Erdmann Spiecker