Nanoskalige Metall-Wasserstoff-Systeme

Abstract

Was passiert mit einem Metall, wenn es in seiner Größe reduziert wird? Welche Änderungen sind zu erwarten, was ist zu berücksichtigen? Am Beispiel der Metall-Wasserstoff-Systeme (M-H-Systeme) werden hier Antworten zu diesen Fragen gegeben. Eine breite Palette von materialphysikalischen Experimenten zu dünnen Schichten, Vielfachschichten und Clustern von wenigen Nanometern Größe werden vorgestellt. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf mechanische Spannungen und Mikrostruktur (inklusive der Oberflächen) der jeweiligen Probe diskutiert. Der wichtige Einfluss des Stabilisators auf die physikalischen Eigenschaften des nanoskaligen Systems wird belegt indem zunächst gezeigt wird, dass die nach der linearen Elastizitätstheorie zu erwartenden mechanischen Spannungen (einige GPa) und Dehnungen in nanoskaligen M-H-Systemen tatsächlich auftreten. Viele Systeme können diesen dann aber durch Versetzungsbildung oder Ablösung vom Stabilisator ausweichen. Der Beitrag der Mikrostruktur (Korngrenzen, Versetzungen, Oberflächen, innere Grenzflächen) auf experimentell ermittelte Phasengrenzen wird abgeschätzt und es wird nachgewiesen, dass dieser Beitrag nicht zur Erklärung der experimentellen Daten genügt. Im Falle kleinster Cluster müssen neue Strukturen berücksichtigt werden, die die Phasendiagramme dieser M-H-Systeme deutlich verändern. Im Hinblick auf die zwei materialphysikalischen Schwerpunkte (Mikrostruktur und mechanische Spannungen) werden auch ältere Daten neu diskutiert, wobei für scheinbare Konflikte Lösungen angeboten werden. Das Buch gibt daher einen breiten Einblick in mögliche Veränderungen materialphyiskalischer Eigenschaften von M-H-Systemen durch die Nanoskalierung.