In-situ Zugversuche an einkristallinen Gold-Nanodrähten im TEM

Abstract

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.