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Ingenieurwissenschaften

Nanotechnologie 09

Modellierung und Simulation der Synthese von Eisen-Nanopartikeln in Gasphasenreaktoren - Andreas Kowalik

Modellierung und Simulation der Synthese von Eisen-Nanopartikeln in Gasphasenreaktoren

Andreas Kowalik

Taschenbuch


Die gezielte Herstellung von Nanopartikeln ist gegenwärtig von großer wissenschaftlicher und technischer Bedeutung. Aufgrund der größenabhängigen Eigenschaften von Nanopartikeln ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Ein weit verbreitetes chemisches Verfahren ist die Partikelerzeugung in der Gasphase. Für dieses Verfahren werden Modelle benötigt, mit denen eine möglichst genaue Vorhersage der Partikeleigenschaften möglich ist. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Bildungs- und Wachstumsprozesse von Eisen-Nanopartikeln aus Eisenpentacarbonyl in drei Gasphasenreaktoren: einem Stoßwellenreaktor, einem wandbeheizten Rohrreaktor und einem Mikrowellen-Plasmareaktor. Es wurden ein monodisperses und ein sektionales Modell entwickelt, die das Volumen und die Oberfläche als Partikeleigenschaften beschreiben. Sie berücksichtigen größenabhängige Stoffdaten für die Oberflächenspannung, den Dampfdruck, die Schmelztemperatur und die Oberflächendiffusion. Mit den Modellen wurden die Keimbildung, die Kondensation, das Oberflächenwachstum, die Koagulation und die Koaleszenz sowie der Partikeltransport durch Konvektion und Diffusion untersucht. In einem Stoßwellenreaktor wurde die Partikelbildung anhand von vorhandenen Eisenatom-Konzentrationsmessungen untersucht. Für das monodisperse Modell wurde ein Keimbildungsmodell mit größenabhängigen Stoffdaten eingeführt, während für das sektionale Modell ein reaktionskinetischer Ansatz verwendet wurde. Beide Modelle verifizieren die Eisenatom-Konzentrations- und Partikelgrößenmessungen im Stoßwellenreaktor. Im wandbeheizten Rohrreaktor lag der Schwerpunkt der Untersuchung auf der räumlichen Verteilung der Partikeleigenschaften. Es wurde der Zusammenhang von Partikeltransport, dem thermischen Zerfall des Precursors und der Partikeldynamik dargestellt. Die Modelle stimmen auch für den wandbeheizten Rohrreaktor gut mit Partikelgrößenmessungen überein.

Spektroskopische Untersuchungen zur lokalen Struktur von mechanochemisch hergestellten nanokristallinen komplexen Oxiden - Dr. Ingo Bergmann

Spektroskopische Untersuchungen zur lokalen Struktur von mechanochemisch hergestellten nanokristallinen komplexen Oxiden

Dr. Ingo Bergmann

Taschenbuch


Broschiertes Buch
Ein interessanter Syntheseweg von Nanomaterialien ist die mechanische Behandlung von mikrokristallinen Edukten in hochenergetischen Kugelmühlen. Die entstehenden nanokristallinen Produkte zeigen andere strukturelle und physikalische Eigenschaften als das mikrokristalline Material. In dieser Arbeit wird der Versuch unternommen, einen Zusammenhang zwischen diesen neuen Eigenschaften und der besonderen lokalen Struktur der mechanisch hergestellten komplexen Oxide zu finden. Dazu wurden eine Reihe von spektroskopischen Methoden ( Mössbauer-, N M R- und optische Spektroskopie) in Kombination mit Beugungsmethoden ( Röntgen- und Neutronenbeugung) und bildgebenden Verfahren ( Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie) verwendet. Bei den untersuchten Systemen handelt es sich weitestgehend um Spinelle mit A B2 O4-Struktur ( Mg Al2 O4, Zn Al2 O4, Li0, 5 Al2, 5 O4, Li0, 5 Fe2, 5 O4, Fe Al2 O4, Ni Al2 O4, Mg Fe2 O4, Ni Fe2 O4, Fe2 Ge O4, Zn Sn2 O4) aber auch um Perowskite ( Bi Fe O3), Olivine ( Li Fe P O4), Ilmenit ( Fe Ti O3) und orthorombische Strukturen ( Ca2 Sn O4). Als Beispiel für die veränderten makroskopischen Eigenschaften wurde der Magnetismus einiger magnetischer Nanomaterialien untersucht und im Zusammenhang mit dem Core-Shell-Model für kristalline Nanopartikel erklärt.

Fabrication and Characterisation of Device Quality ZnO Nanostructures - Augustine Ch Mofor

Fabrication and Characterisation of Device Quality ZnO Nanostructures

Augustine Ch Mofor

Taschenbuch


Broschiertes Buch
Since Zn O resurfaced as a very promising semiconductor material for applications in microelectronics, optoelectronics, sensor technology, biomedicine and spin electronics, producing high purity Zn O nanostructures for such applications has rather proven to be challenging. This book first revises the main properties of Zn O as a semiconductor and nanomaterial and also some fabrication techniques for nanostructures. It later concentrates on the development of a vapour transport system for the growth of high quality Zn O nanostructures (mainly nanorods). The book attempts to explain the influence of reactor pressure, growth temperature and growth time on the morphology and quality of Zn O nanorods. While intrinsic (undoped) Zn O nanorods were grown for extensive analysis, transition metal-doped Zn O nanorods were also fabricated and investigated for possible applications in magnetoelectronics/spintronics. Conventional material characterisation methods are also revisited and employed to analyse the crystalline quality, optical, electrical and magnetic properties of Zn O nanorods. Since the book is writtenin an application-oriented fashion, it extends to the fabrication of Zn O nanrorod-based device structures. Here, nano p-n junctions and nano Zn O/ Zn Mg O quantum well structures are also presented. At the end, the reader clearly sees how Zn O nanorods of extremely high crystalline quality can be grown using an unconventional technique.

Vergleichende Untersuchung von in situ-Prozessdiagnostiken bei der Flammensynthese kleinster nanoskaliger Metalloxidpartikeln - Holger Dörr

Vergleichende Untersuchung von in situ-Prozessdiagnostiken bei der Flammensynthese kleinster nanoskaliger Metalloxidpartikeln

Holger Dörr

Taschenbuch


Nichtlinearer Transport in Halbleiternanostrukturen mit gebrochener Symmetrie (Dissertation Classic) - Thorsten Müller

Nichtlinearer Transport in Halbleiternanostrukturen mit gebrochener Symmetrie (Dissertation Classic)

Thorsten Müller

Taschenbuch


Stand und Perspektiven der Beschäftigung in der Nanotechnologie in Deutschland: Arbeit und Soziales - Eine Expertise auf Grundlage vorhandener Studien und Expertengespräche

Stand und Perspektiven der Beschäftigung in der Nanotechnologie in Deutschland: Arbeit und Soziales - Eine Expertise auf Grundlage vorhandener Studien und Expertengespräche

Taschenbuch


Elektrisch leitfähige Füllstoffnetzwerke in Duroplasten auf der Basis von Kohlenstoff-Nanopartikeln, -Nanofasern und -Nanotubes - Matthias K Schwarz

Elektrisch leitfähige Füllstoffnetzwerke in Duroplasten auf der Basis von Kohlenstoff-Nanopartikeln, -Nanofasern und -Nanotubes

Matthias K Schwarz

Taschenbuch


Polymere besitzen in der Regel hohe elektrische Widerstände. In vielen Anwendungen, wie z. B. bei Mikrowellengeschirr oder auch Isolatoren für elektronische Bauteile ist das ein Vorteil. Laden sich Teile einer polymeren Baugruppe durch Reibung elektrostatisch auf, so erweist sich aber gerade diese Eigenschaft als Nachteil. Elektrisch leitfähige Bauteile auf Kunststoffbasis lassen sich auf unterschiedlichen Wegen herstellen. Bei vielen Polymeren besteht die Möglichkeit sie mit einem leitfähigen Füllstoff zu durchmischen. Ziel dieser Arbeit ist es, die chemisch-physikalischen Wechselwirkungen von Epoxyharzen mit kohlenstoffartigen Füllstoffen soweit zu klären, dass sowohl das Perkolationsverhalten der Verbundwerkstoffe als auch das Verhalten der Füllstoff/ Epoxyharz Dispersionen im elektrischen Feld aus charakteristischen Parametern der Epoxyharze und des Füllstoffes vorhergesagt werden kann. Als Füllstoffe kommen einerseits Hochleitfähigkeitsruß (wegen der großen Oberfläche) und andererseits Kohlenstoff Nanofasern und Nanotubes als Beispiele für Füllstoffe mit einem hohen Aspektverhältnis zum Einsatz. Um die chemische Wechselwirkung Füllstoff/ Polymer zu charakterisieren, wird mit geeigneten Epoxyharzen eine basische ( Aminsysteme), eine neutrale ( Vinylesterharz) und eine saure ( Anhydridsystem) Umgebung in der Dispersion geschaffen. Dabei ist es gelungen, mit äußerst geringen Füllgraden leitfähige Verbundwerkstoffe herzustellen. Entsprechend der chemischen Wechselwirkung lädt sich der Füllstoff negativ ( Aminsystem, basisch), positiv ( Anhydridsystem, sauer) oder nicht ( Vinylesterharz, neutral) auf. Geringe ionische Leitfähigkeit ( Aminsysteme) führt zu einer elektrostatisch stabilisierten Dispersion, die nur langsam koaguliert. Die hohe ionische Leitfähigkeit des Anhydridsystem hat eine rasche Koagulation des Füllstoffes zur Folge. Die Perkolationsschwelle ist für den Fall der Aminsysteme stark abhängig von der Probenherstellung.

Widerstandsfluktuationen abschreckend kondensierter, nanostrukturierter Silberschichten - Michael Burst

Widerstandsfluktuationen abschreckend kondensierter, nanostrukturierter Silberschichten

Michael Burst

Taschenbuch


Thema dieser Arbeit sind Untersuchungen des Widerstandsverhaltens dünner, nanostrukturierter Silberproben in verschienenden mikroskopischen Zuständen. Dazu wurden bei tiefen Temperaturen dünne Proben abschreckend kondensiert hergestellt und durch verschiedenes Tempern in ihrer mikroskopischen Struktur verändert. Die entsprechenden Messungen fanden in situ statt. Es wurden sowohl Messungen des Widerstandsmittelwertes zur allgemeinen Charakterisierung vorgenommen als auch Widerstandsfklutuationen über der Zeit untersucht.

Synthese und Charakterisierung nanokristalliner transparenter Halbleiteroxide - Joachim Brehm

Synthese und Charakterisierung nanokristalliner transparenter Halbleiteroxide

Joachim Brehm

Taschenbuch


In dieser Arbeit konnten erfolgreich die transparenten Halbleiteroxide I T O und dotiertes Zn O durch die Pyrolyse metallorganischer Precursoren als nanoskalige Pulver hergestellt werden. I T O wurde, mit Hilfe einer erstmals zur Herstellung oxidischer Materialien genutzten, plasmaunterstützten Variante des C V S-Prozesses, als extrem kleine und schmal verteilte Partikel hergestellt. Auf der Suche nach kostengünstigen Alternativen zu I T O wurden dotierte Zn O-Pulver durch einen bei Atmosphärendruck ablaufenden C V S-Prozeß hergestellt. Die Prozeßführung bei Atmosphärendruck wurde erstmals im Fachgebiet Dünne Schichten durchgeführt. Zusätzlich konnte die für Anwendungen interessante Option der Dispergierung der Partikel direkt während der Synthese realisiert werden. Auch für Zn O-Pulver wurden schmale Verteilungen der Korngröße bei mittleren Werten von 10-30 nm erzielt. Synthesetemperaturabhängig wurden die Größe, die Verteilungsbreite und die Zersetzung von undotierten nanokristallinen Zn O-Proben untersucht und charakterisiert. Temperaturen von 1300 ° C und höher hatten zunehmende negative Auswirkungen auf die Verteilungsbreite und die Ausbeute. Diese Resultate stellen neue Erkenntnisse in Hinsicht auf die in der Literatur bekannte Zersetzungstemperatur von 1800 ° C von Zn O dar. Die Größe der Körner zeigt generell eine leichte Abnahme mit abnehmender Synthesetemperatur. Es wurden Einflüsse der Dotierelemente Al, Ga und In auf die Eigenschaften in Zn O Proben untersucht. Eine Abnahme der Korngröße mit zunehmender Dotierung und zunehmender Abweichung der Ionenradien der Dotierelemente wurde festgestellt. Weiterhin wurde eine leichte Zunahme der Verteilungsbreite der Körner mit zunehmender Dotierelementkonzentration beobachtet.

In-situ Prozessanalyse der CVS-Synthese von nano-kristallinem Siliziumkarbid mit Hilfe eines Aerosolmassenspektrometers - In-Kyum Lee

In-situ Prozessanalyse der CVS-Synthese von nano-kristallinem Siliziumkarbid mit Hilfe eines Aerosolmassenspektrometers

In-Kyum Lee

Taschenbuch


Nanokristalline Materialien sind polykristalline Festkörper mit Korngrößen im Bereich von einigen Nanometern. Durch das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei nanoskopischen Partikeln ist der Anteil von Atomen in Grenzflächen sehr hoch. Physikalische und chemische Eigenschaften unterscheiden sich von Eigenschaften im makroskopischen Bereich. Solche Größeneffekte werden in der Regel dann beobachtet, wenn strukturelle Längen charakteristische Größen physikalischer oder chemischer Eigenschaften erreichen. Es gibt eine Fülle von Beispielen für neue, interessante und vielversprechende technologische Anwendungen auf der Basis von Nanostrukturen. Beispielsweise ist die Sinteraktivität ultrafeiner Pulver deutlich erhöht. So können dichte keramische Bauteile bei deutlich niedrigeren Temperaturen hergestellt werden. Für funktionelle Anwendungen ist die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit mit abnehmender Teilchengröße interessant. Die elektrische Leitfähigkeit von Indium verringert sich um mehrere Größenordnungen mit abnehmender Teilchengröße [ Kodas, 1999]. Die Realisierung von Nanostrukturen in technologischen Anwendungen erfordert als erstes die kontrollierte Herstellung von Materialien in dieser Größenskala. Eine wesentliche Voraussetzung für die Herstellung von Bauteilen aus nanokristallinen Materialien sind schwach agglomerierte Pulver mit schmaler Größenverteilung und mittleren Teilchengrößen unterhalb von 10 nm bei gleichzeitig hoher Reinheit. Kommerziell werden pulverförmige Materialien ( Ruß, Si O2, Ti O2) durch Gasphasenprozesse im Maßstab von Millionen Tonnen pro Jahr hergestellt.

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