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Untersuchung der Versetzungsnukleation in Gold-Nanodrähten durch in-situ Elektronenmikroskopie

dc.contributor.advisorVolkert, Cynthia Prof.
dc.contributor.authorKapelle, Bahne
dc.date.accessioned2016-05-25T08:15:26Z
dc.date.available2016-05-25T08:15:26Z
dc.date.issued2016-05-25
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0028-8760-9
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5664
dc.description.abstractDie mechanischen Eigenschaften eines Materials spielen eine entscheidende Rolle für mögliche Anwendungen. Für nanoskalige Metalle ist lange bekannt, dass sich deren mechanischen Eigenschaften von ihren bulk-Gegenstücken stark unterscheiden. In bulk-Metallen wird die Verformung durch die Wechselwirkung vorhandener Versetzungen kontrolliert. Dies erweist sich scheinbar auf der Nanoebene als weniger zutreffend, da nur wenige oder keine Versetzungen in nanoskaligen Proben vorhanden sind und diese einfach aus der Probe herauslaufen können, ohne dass es vorher zu einer Wechselwirkung kommt. Die Verformung wird dann bestimmt durch die Nukleation neuer Versetzungen. In dieser Arbeit wurde die Verformung von Gold-Nanodrähten mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150nm, die entweder einkristallin oder entlang ihrer Länge verzwillingt waren, untersucht. Auf der einen Seite erfolgte die Durchführung der Versuche in-situ im Transmissionselektronenmikroskop, um die Entwicklung der Defektmorphologie direkt beobachten zu können. Auf der anderen Seite wurden ebenfalls Tests in-situ im Rasterelektronenmikroskop mit einem neu entwickelten Aufbau durchgeführt und dabei das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Nanodrähte analysiert. Sämtliche Nanodrähte zeigten anfänglich ein elastisches Verhalten mit einem Elastizitätsmodul, das größenunabhängig war und nahe an dem entsprechenden Wert für Bulk-Gold lag. Mit Beginn der plastischen Verformung entstehen planare Defekte homogen verteilt entlang der Drähte, sowohl bei einkristallinen als auch verzwillingten Drähten. Zusammen mit der gemessenen Nukleationsspannung zeigte dies eine gute Übereinstimmung mit existierenden Modellen für die Oberflächennukleation von leading-Partialversetzungen, die auf klassischer Nukleationstheorie basieren. Mit weiterer Verformung kommt es ebenfalls zur Nukleation von trailing-Partialversetzungen, wodurch bereits entstandene planare Defekte wieder verschwinden und im Fall von verzwillingten Drähten volle Versetzungen gespeichert werden. Da die Nukleation von trailing-Partialversetzungen durch die existierenden Modelle nicht vorhergesagt wird, öffnet diese Beobachtung neue Fragen, ob klassische Nukleationstheorie in der Lage ist, die Nukleation von Versetzungen korrekt darzustellen.de
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc530de
dc.titleUntersuchung der Versetzungsnukleation in Gold-Nanodrähten durch in-situ Elektronenmikroskopiede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedInvestigation of dislocation nucleation in gold nanowires by in situ electron microscopyde
dc.contributor.refereeVolkert, Cynthia Prof. Dr.
dc.date.examination2016-02-12
dc.subject.gokPhysik (PPN621336750)de
dc.description.abstractengThe mechanical properties of a material play a decisive role for possible applications. Nanoscale metals have long been known to show different mechanical properties than their bulk counterpart. In bulk metals the deformation is controlled by interactions of pre-existing dislocations. This may cease to be important at the nanoscale due to the low numbers of initial defects and the possibility of dislocations to easily escape the sample before they can interact. Instead nanoscale metals exhibit a deformation that is controlled by the nucleation of new dislocations. In this work the deformation of high quality Au nanowires with nominal diameters between 50 and 150nm that are either single crystalline or containing twin boundaries along their lengths, was investigated. Tensile tests were performed in-situ inside a transmission electron microscope (TEM) to directly investigate the defect evolution as well as inside a scanning electron microscope with a custom made setup to investigate the stress-strain behavior. All wires showed an initial elastic behavior with size-independent Young’s modulus that was close to the corresponding bulk-value. With the onset of plasticity planar defects appeared homogenously along the wire for both single crystal and twinned nanowires. Together with the measured nucleation stresses this was in good agreement with existing models for surface nucleation of leading partial dislocations based on classical nucleation theory. With further deformation trailing partial dislocation were nucleated too, erasing planar defects and in the case of twinned nanowires leading to the storage of full dislocations. Since the nucleation of trailing partial dislocations is not predicted by existing models, this observation opens new questions whether classical nucleation theory is capable to predict dislocation nucleation correctly.de
dc.contributor.coRefereeSeibt, Michael Prof. Dr.
dc.subject.gerVersetzungde
dc.subject.gerNukleationde
dc.subject.gerNanodrahtde
dc.subject.gerin-situ TEMde
dc.subject.gerin-situ REMde
dc.subject.engdislocationde
dc.subject.engnucleationde
dc.subject.engnanowirede
dc.subject.engin-situ TEMde
dc.subject.engin-situ SEMde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0028-8760-9-8
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.identifier.ppn859810143


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