Element-Mischungen auf Silizium-Spitzen
Neues Verfahren zur Suche nach Hochentropie-Legierungen
Materialien, die aus fünf oder mehr Elementen in annähernd gleicher Menge zusammengesetzt sind, könnten helfen, bisherige Grenzen zum Beispiel bei der Katalyse zu überwinden. Theoretisch gibt es jedoch Millionen Kombinationsmöglichkeiten – die Herausforderung liegt darin, die richtigen zu finden. Alfred Ludwig von der Uni Bochum und sein Team wählen für die Suche nach solchen Legierungen jetzt einen eher unkonventionellen Weg: Sie setzen darauf, dass sich interessante Element-Mischungen sozusagen von selbst ergeben.
Hochentropielegierungen, englisch High Entropy Alloys, kurz HEAs, versprechen unter anderem die Entwicklung neuartiger Elektrokatalysatoren auf der Basis ungiftiger und reichlich verfügbarer Elemente, die dieselbe Leistungsfähigkeit besitzen wie solche, die rar und teuer sind, weil sie zum Beispiel auf Platin oder Iridium basieren. „Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl von fünf unterschiedlichen Elementen für solche Materialien entscheidend ist“, erläutert Ludwig.
Für ihren Experimenten verwenden die Forscher zwanzig bis dreißig ungiftige und leicht verfügbare Elemente. Diese Ausgangselemente werden in atomarer Form In einer Sputteranlage auf ein Trägermaterial aufgebracht, das aus vielen winzigen Siliziumspitzen besteht. Auf den Spitzen bildet sich ein kleines Volumen, das in nahezu keinem direkten Kontakt zum Trägermaterial steht.
„Diese Ansammlungen von einigen Millionen Atomen auf jeder Spitze sind unser Nanoreaktor“, sagt Ludwig. Mittels Atomsonden-Tomografie können die Forscher an diesen beschichteten Spitzen das entstandene Material untersuchen und zum Beispiel herausfinden, ob es stabil ist und bei welcher Temperatur sich die einzelnen Elemente wieder trennen.
Die Atomsonden-Tomografie erlaubt es, viele Millionen Atome und deren dreidimensionale Anordnung sichtbar zu machen und zwischen verschiedenen Elementen zu unterscheiden. So hoffen die Wissenschaftler, effizient eine große Anzahl neuer HEAs zu entdecken. Das Projekt wird von der Volkswagen-Stiftung für 18 Monate mit etwa 120.000 Euro gefördert.
RUB / RK
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