Forschung

Forschungsziele

Kombinatorische und Hochdurchsatzmethoden für die Materialforschung
- Entwicklung und Nutzung von Elektrodenarrays, Mikroheizplatten, Biegebalkenarrays für die Materialforschung

Konventionelle und ferromagnetische Formgedächtnis-Dünnschichten
- Ternäre und quaternäre Formgedächntislegierungen mit verschwindender Hysterese
- Legierungselementeinfluss in ternären und quaternären Ni-Ti-X-Y Legierungen
- Entwicklung neuer ternärer ferromagnetischer Formgedächtnislegierungen auf der Basis des Systems Fe-Pd
- Übertragung von Ergebnissen des Dünnschichtscreenings auf Volumenwerkstoffe

Mikrosystemtechnik
- Entwicklung und Nutzung von Mikroheizplatten für die Materialforschung
- Entwicklung und Nutzung von Elektroden-Arrays für die Materialforschung
- Entwicklung von Mikroaktoren auf der Basis von Formgedächtnisdünnschichten

Materialien für die Energiesysteme der Zukunft, insbesondere Wasserstoffwirtschaft
- Dünnschicht-Screening neuer Wasserstoffspeichermaterialien (komplexe Metallhydride)
- Solar-Water Splitting (Metall-Oxinitride)
- Materialfragen der Brennstoffzelle (Katalysatoren, Diffusionsbarrieren)
- Materialfragen der Li-Ionenbatterie (mechanische Effekte der Li-Interkalation)

Multifunktionale Nanokomposite
- Entwicklung neuer Materialien in Form von Nanokompositen, die Sensor- und Schutzfunktionen in sich vereinen

Nanostrukturen und Nanomaterialien
- Untersuchungen von nanoskaligen dünnen Schichten
- Top-down Herstellung von nanoskaligen Schichtobjekten

Integrity of small scale systems/High temperature materials (A. Ludwig: Sprecher des Materials Research Departments)
- MEMS-basierte Systeme für die Untersuchung und "in situ"-Überwachung der “integrity of small scale systems”
- Entwicklung von multifunktionellen mikrostrukturierten Oxid- und Nitridmaterialien für die
  Anwendung in rauen Umgebungen (hohe Temperatur, mechanische Belastung, korrosive Umgebung)




























The idea of combinatorial materials science is to develop and use advanced materials fabrication methods which produce a large number of different materials on a substrate in one experiment under identical conditions.

After the combinatorial deposition process the material libraries are screened for desired physical properties by adequate high-throughput characterization tools. Most effectively the screening is performed by parallel (e.g. optical) or fast sequential methods.

By using the combinatorial materials science approach, an accelerated development of new materials can be expected.


Forschung

Die Forschung am Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik konzentriert sich auf die Anwendung der Methoden der kombinatorischen Dünnschichtabscheidung auf die Fragestellungen der Materialwissenschaft. Neben derer Weiterentwicklung gehört auch die Entwicklung und Anwendung von neuen Hochdurchsatz-Untersuchungsmethoden zu den Zielen des Lehrstuhls. Hierzu werden die Konzepte der Mikro- und Nanotechnologie angewendet.

These methods are used in order to identify and optimize new materials, which are suitable for industrial applications. The group focuses on materials for microsystems (magnetic, shape memory) and materials for hydrogen storage.

Kombinatorische Materialherstellung

The fabrication of thin film libraries by combinatorial thin film deposition methods can be divided in several categories:

1. Precursor deposition method
2. Co-deposition method
3. Deposition of wedge type films

At the combinatorial materials science lab of the Chair MEMS Materials, a unique UHV combinatorial cluster sputter deposition system is used. It allows the usage of all three methods for depositing optimized materials libraries.

High-throughput characterization of materials libraries

After the deposition of a thin film library, the screening for spots which show the desired physical properties has to be performed in an effective way. Generally, parallel or serial screening methods for thin film libraries can be applied depending on the physical property which is measured.


In order to determine whether the materials on the library are crystalline or amorphous, or to distinguish different crystallographic phases, automated XRD (x-ray diffraction) is used. To clarify structure-property relations, samples for the analysis of the nanostructure in the TEM (transmission electron microscope) can be rapidly prepared by automated FIB (focused ion beam).


Special physical properties

An automated 4-point probe for the measurement of temperature-dependent magneto-electronic properties was developed.

It is used for Wafer-Mapping of:

- temperature dependent resistivity
- temperature dependent Kerr effect
- temperature dependent magneto-resistance


Furthermore several screening techniques based on MEMS wafers (cantilever-, membrane-, electrode-, micro-hotplate) are currently developed for combinatorial materials science experiments.


Links zu weiteren Forschungsgruppen und Kooperationspartnern im Bereich Kombinatorische Materialforschung

USA:

Ichiro Takeuchi, University of Maryland, College Park, MD, USA

Jason Hattrick-Simpers, University of South Carolona, Columbia, SC, USA


Kanada:

Jeff Dahn, Dalhousie University, Halifax, NS, Canada


Japan:

Toyohiro Chikyow, NIMS, Tsukuba, Japan


Europa:

Wilhelm F. Maier / Klaus Stöwe, Lehrstuhl für Technische Chemie (Universität des Saarlandes), Saarbrücken, Deutschland

Brian Hayden, Ilika, Southhampton, England

Ulrich S. Schubert, Lehrstuhl für Organische Chemie (FSU), Jena, Deutschland

Wolfgang Schrof, BASF, Ludwigshafen, Deutschland

Achim Walter Hassel, Institut für Chemische Technologie Anorganischer Stoffe(JKU), Linz, Österreich

Jochen M. Schneider, Lehrstuhl für Werkstoffchemie (RWTH), Aachen, Deutschland

Dierk Raabe, Max-Planck Institut für Eisenforschung, Düsseldorf, Deutschland

Johan Paul, Flanders Materials Center (Flamac), Belgien