Inhalt
In Nanomaterialien besitzen Schichtdicken, Korn- und Porendurchmesser, etc. ähnliche Dimensionen im Nanomaterbereich. Diese Nano-Struktur ist Ursache für eine Vielzahl chemischer und physikalischer Größeneffekte, die veränderte Eigenschaften erzeugen und zu neuen Anwendungen führen. In dieser Veranstaltung werden die physikalischen, insbesondere die thermischen und mechanischen Eigenschaften von Nanomaterialien behandelt. Dabei wird ausgegangen von den Eigenschaften idealer – unendlich ausgedehnter – Festkörper und darauf aufbauend die Änderungen – Größen- und Grenzflächeneffekte – behandelt, die bei Einschränkungen der Festkörperdimensionen auftreten. Schwerpunkt bilden dabei die thermischen Eigenschaften, die auf Basis der Thermodynamik (makroskopische Eigenschaften, Grenz- und Oberflächen) und Phononen (atomare Ebene) behandelt werden.
Themen
- Einführung und Grundlagen
- Bindung in Festkörpern
- Ordnung und Unordnung in Festkörpern
- Phononen, thermische Eigenschaften
- Mechanische Eigenschaften
Literatur
- Physikalische Grundlagen:
Ch. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg 2005
H. Ibach und H. Lüth, Festkörperphysik. Eine Einführung in die Grundlagen, Springer 2009 - Vertiefung:
J. I. Gersten and F. W. Smith, Physics and Chemistry of Materials, Wiley 2005
Günter Gottstein, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik – Physikalische Grundlagen, Springer 2014
William D. Callister, Materials science and engineering: an introduction, New York, Wiley 2007 - Nanomaterialien: Eigenschaften und Anwendungen:
A. S. Edelstein, R. C. Cammarata, Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Institute of Physics Publishing 1998
C. Brechignac, P. Houdy, and M. Lahmani, Nanomaterials and Nanochemistry, Springer 2006
Moodle
Link zum moodle-Kurs: https://lehre.moodle.uni-due.de/course/view.php?id=3172
Material zur Vorlesung
Das von uns zur Verfügung gestellte Material dient allein Ihrem Studium. Jede weiterführende Nutzung, z.B. Verbreitung im Internet, ist unzulässig.
- Einführung (8.04.2025)
- Die chemische Bindung (15.04.2025 und 22.04.2025)
- Der harmonische Oszillator (29.04.2025)
- Bindung im Festkörper und Festkörper-Struktur (06.05.2025, 13.5.2025 und 20.5.2025)
- Reale Festkörper (27.05.2025 und 3.06.2025)
- Phononen 1 (17.06.2025)
- Phononen 2 (24.06.2025)
- Phononen 3 (24.06.2025)
- Mechanische Eigenschaften 1 (8.07.2025)
- Mechanische Eigenschaften 2 (8.07.2025 und 15.07.2025)
- Mechanische Eigenschaften 3 (15.07.2025)
Literatur zu Einführung und Grundlagen
- P. W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press 1986P. W. Atkins and R. S. Friedmann, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press, 1997
- H. Haken und H. C. Wolf, Atom- und Quantenphysik, Kapitel 9.4 Der quantenmechanische harmonische Oszillator, Springer 1983
- H. Haken und H. C. Wolf, Molekülphysik und Quantenchemie, Kapitel 4 Einführung in die Theorie der chemischen Bindung, Springer 2005
- H. Gleiter, Nanostructured Materials: Basic Concepts and Microstructure, Acta Materialia 48 (2000), 1
Material zu Einführung und Grundlagen
- Potentiale und chemische Bindung
- K. T. Tang and J. Peter Toennies, A generalized Heitler–London theory of the chemical bond in H2+, J. Chem. Phys. 95 (1991) 5918-5929
Material zu Struktur
- Kristallographie
- Reziprokes Gitter und Paarverteilungsfunktion
- Defekte
- Sigma 5 Korngrenze
- Oberflächen
- G. Gottstein, Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Kapitel 3: Kristallbaufehler, Springer 1998
Material zu Phononen und thermischen Eigenschaften
- Phononen und Wärmekapazität
- Wärmeleitfähigkeit, thermische Ausdehnung und Phonon-Engineering
- W. Kim, R. Wang, and A. Majumdar, Nanostructuring expands thermal limits, Nano Today 2 (2007) 40-47
- A. A. Balandin, Thermal properties of graphene and nanostructured carbon materials, Nature Materials 10 (2011) 569–581
Material zu Mechanischen Eigenschaften
- Mechanische Eigenschaften
- Versetzungsbewegung
- Mechanische Eigenschaften in Nanomaterialien
- G. Gottstein, Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Kapitel 6: Mechanische Eigenschaften, Springer 1998
- E. Arzt, Size Effects in Materials due to microstructural and dimensional constraints: a comparative review, Acta Mater. 46 (1998), 5611-5626
Quizfragen zur Vorlesung
- Quiz 1
- Quiz 2
- Quiz 3
- Quiz 4
- Quiz 5
- Quiz 6
- Quiz 7
- Quiz 8
- Quiz 9
- Quiz 10
- Quiz 11
- Quiz 12
- Quiz 13
- Quiz 14
Material zur Übung
Material zur Übung wird über moodle zur Verfügung gestellt (siehe oben).