In-situ Zugversuche an einkristallinen Gold-Nanodrähten im TEM
In situ tensile testing of gold nanowires inside a TEM
Roos, Burkhard
Dissertation
Angenommen am:
2012-07-19
Erschienen:
2012-11-29
Betreuer:
Volkert, Cynthia Prof.
Gutachter:
Volkert, Cynthia Prof. Dr.
Gutachter:
Seibt, Michael Prof. Dr.
Zum Verlinken/Zitieren: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F094-0
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Zusammenfassung
Englisch
The investigation of size dependent mechanical properties of different materials was of great interest for physicists over the past decades. Whereas the deformation of bulk materials is nearly completely understood and the underlying mechanisms are well known the situation for metals at the nano scale is different and still under discussion. Therefore, in this work the deformation of 40 – 250 nm thick, defect free, and single crystalline gold nanowires was investigated directly in the transmission electron microscope (TEM). These samples provide an ideal model system for such studies because one can eliminate the influence of the microstructure on deformation. In this work it was shown, that stacking faults appear during deformation as the result of the activation of partial dislocations. They nucleate homogenously along the wire length. Twins can be formed through the activation of partial dislocations on neighboring {111} planes. Both deformation mechanisms could be directly observed in TEM. An explanation for the findings is given with a model which describes the nucleation process of dislocations on the atomic scale. The model allows a quantitative estimation of the probability for each process to occur in the experiment and the corresponding stresses needed.
Keywords: nanowire; gold; in situ TEM; partial dislocations; twinning; deformation
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Die Untersuchung größenabhängiger
mechanischer Eigenschaften von Metallen ist seit vielen Jahrzehnten
ein Betätigungsfeld von Materialphysikern. Während die Beschreibung
der Verformung von makroskopischen Proben mit hinreichend grober
Mikrostruktur in der Literatur weitestgehend verstanden und
akzeptiert ist, ist das Verformungsverhalten von Proben auf der
Nanometerskala weiterhin Gegenstand intensiver Forschungsarbeit.
Für die vorliegende Arbeit wurde daher die Verformung von 40- 250
nm großen einkristallinen und defektfreien Gold-Nanodrähten direkt
im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht. Diese Proben
stellen dabei ein ideales Modellsystem dar, weil der Einfluss der
Mikrostruktur auf die Verformung ausgeschlossen werden kann. Die
Auswertung vieler Zugversuche zeigt, dass Stapelfehler als Resultat
der Aktivierung von Partialversetzungen während der Verformung
auftreten. Diese entstehen homogen verteilt auf der gesamten
Drahtlänge. Durch die Aktivierung vieler gleichartiger
Partialversetzungen auf benachbarten {111}-Ebenen kann ein Zwilling
im Draht gebildet werden. Auch dieser Verformungsmechanismus konnte
direkt im TEM nachgewiesen werden. Die Erklärung der
experimentellen Befunde erfolgt in der Arbeit über einen
klassischen Ansatz für die Keimbildung von Versetzungen. Das Modell
erlaubt eine quantitative Aussage über die
Auftrittswahrscheinlichkeit im Experiment und die zu erwartenden
Spannungen für die unterschiedlichen Prozesse.
Schlagwörter: Nanodraht; Gold; in-situ TEM; Partialversetzung; Verformung; Zwillingsbildung
