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Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften WWI
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Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften WWI
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Atomsondentomographie & 3D-Nanoanalytik

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Atomsondentomographie & 3D-Nanoanalytik

In Prof. Felfers Team werden neue Prozessmethoden entwickelt und durch tiefgreifende Charakterisierung das Verständnis von industriell relevanten Werkstoffen verbessert. Der Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung von Geräten, aber auch der Technik und der Methodik der Materialuntersuchungen. Mit unserer Expertise in Atomsondentomographie (APT), rechnerunterstütztes Konstruieren (CAD), Feldionen Mikroskop (FIM), fokussierter ionen Strahl in Kombination mit einem Rasterelektronenmikroskop (FIB/SEM) und 3D Druck im Extrusionsverfahren untersuchen wir eine Vielzahl von Themen und Materialklassen, die für die Bereiche Automobil, Energie, Geowissenschaften und Luft- und Raumfahrt wichtig sind. Wenn eine Forschungsfrage mit den derzeitigen Charakterisierungsmöglichkeiten nicht beantwortet werden kann, werden speziell hierfür neue Anlagebauteile, Teststationen, Transfersysteme oder auch ein ganzes Mikroskop konzipiert und aufgebaut. Die Forschungsschwerpunkte liegen auf der Wasserstoffversprödung, Analyse von Nanopartikeln mittels FIM, kosteneffektives 3D Drucken von Metallen und Charakterisierung von Werkstoffen für die Energietechnologien (z.B. Brennstoffzellen, neue Katalysatormaterialien).

Felfer, Peter

Prof. Dr. Peter Felfer

Gruppenleiter Atomsondentomographie

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

  • Telefon: +49 9131 85-27505
  • E-Mail: peter.felfer@fau.de
Ott, Benedict

Benedict Ott, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

  • Telefon: +49 9131 85-70455
  • E-Mail: benedict.ott@fau.de
Nora Vorlaufer

Nora Vorlaufer, M. Sc.

Doktorandin

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

  • Telefon: +49 9131 85-25449
  • E-Mail: nora.vorlaufer@fau.de
Mehrpad Monajem

Mehrpad Monajem, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

  • Telefon: +49 9131 85-25449
  • E-Mail: mehrpad.monajem@fau.de
Jan-Oliver Hücking

Jan-Oliver Hücking, M. Sc.

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

  • Telefon: +49 9131 85-27481
  • E-Mail: jan-oliver.h.huecking@fau.de

Wasserstoffversprödung in Stahl stellt die Materialwissenschaft vor neue Herausforderungen. In der Gegenwart von Wasserstoff-haltigen Atmosphären wird die Festigkeit von hochfesten metallischen Materialien durch Wasserstoff induzierte Versprödung deutlich herabgesetzt und kann schließlich zum Versagen führen. Ursache hierfür ist die Interaktion von Wasserstoff mit Kristalldefekten wie beispielsweise Korngrenzen, Versetzungen und Ausscheidungen. Atomsondentomographie ist wegen der atomaren Auflösung eine nützliche Methode, um die Wasserstoffversprödung an Kristalldefekten quantitativ zu untersuchen.
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Bereits die erste Veröffentlichung zur Anwendung der Atomsondentomographie (APT) an Nanopartikeln (NP) verdeutlichte das herausragende Protential dieser Technik [1]. Bisher konnte dieses Potential, einer strukturellen und chemischen Analyse bei atomarer Auflösung, bei der Datenqualität nicht ausgeschöpft werden [2]. Eine große Herausforderung liegt bei der Probenherstellung: Nanopartikel sind kleiner als eine Atomsondenprobe (100 nm Durchmesser) und es muss konzeptionell ein additives Verfahren angewendet werden um daraus eine solche APT Probe herzustellen.
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Neue Materialien für energietechnologische Anwendungen spielen eine entscheidende Rolle in der Speicherung und Umwandlung von fossilen und erneuerbaren Energien. Vor allem die Nachfrage nach erneuerbaren Energien wird in den nächsten Jahren steigen. Elektrochemische Komponenten wie beispielsweise Brennstoffzellen und Elektrolyseure erleichtern die Umwandlung von Energie in der chemischen Industrie. Sie ermöglichen die Produktion von Elektrizität, Wasserstoff oder chemischen Bestandteilen, die als Rohstoff für viele Prozesse benötigt werden.
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Atomsondentomographie (APT) ist eine einzigartige Methode zur Materialcharakterisierung, die eine dreidimensionale Darstellung der chemische Zusammensetzung auf atomarer Ebene ermöglicht [1]. Die Anwendungsbereiche dieser Technik erstrecken sich von hochfesten Legierungen über Halbleiter, bis zu Nanopartikeln [2].
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Um eine Dekarbonisierung der Wirtschaft zu erreichen sind chemische Energieträger unabdingbar. Wasserstoff ist hier durch seine hohe gravimetrische Energiedichte besonders geeignet. Viele Werkstoffe werden jedoch in ihren mechanischen Eigenschaften negativ durch Wasserstoff beeinflusst. Besonders im Festigkeitsbereich über 1000 MPa ist hier bei Stählen ein signifikanter Festigkeitsverlust möglich.
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  • Marti N., Reller C., Macauley C., Löffler M., Reichert A., Reichbauer T., Vetter KM., Schmid B., Mclaughlin D., Leidinger P., Reinisch D., Vogl C., Mayrhofer K., Katsounaros I., Schmid G.:
    Ag2Cu2O3- a catalyst template material for selective electroreduction of CO to C(2+)products
    In: Energy and Environmental Science 13 (2020), S. 2993-3006
    ISSN: 1754-5692
    DOI: 10.1039/d0ee01100b
  • Kirchmayer A., Lyu H., Pröbstle M., Houlle F., Förner A., Huenert D., Göken M., Felfer P., Bitzek E., Neumeier S.:
    Combining Experiments and Atom Probe Tomography-Informed Simulations on γ′ Precipitation Strengthening in the Polycrystalline Ni-Base Superalloy A718Plus
    In: Advanced Engineering Materials (2020)
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.202000149
  • Zenk C., Volz N., Zenk C., Felfer P., Neumeier S.:
    Impact of the Co/Ni-Ratio on Microstructure, Thermophysical Properties and Creep Performance of Multi-Component γ′-Strengthened Superalloys
    In: Crystals 10 (2020), S. 1058
    ISSN: 2073-4352
    DOI: 10.3390/cryst10111058
  • Schirmer T., Ließmann W., Macauley C., Felfer P.:
    Indium and antimony distribution in a sphalerite from the “burgstaetter gangzug” of the upper harz mountains pb-zn mineralization
    In: Minerals 10 (2020), S. 1-19
    ISSN: 2075-163X
    DOI: 10.3390/min10090791
  • Stückler M., Weissitsch L., Wurster S., Felfer P., Krenn H., Pippan R., Bachmaier A.:
    Magnetic dilution by severe plastic deformation
    In: AIP Advances 10 (2020), Art.Nr.: 015210
    ISSN: 2158-3226
    DOI: 10.1063/1.5128058
  • Förner A., Giese S., Arnold C., Felfer P., Körner C., Neumeier S., Göken M.:
    Nanoscaled eutectic NiAl-(Cr,Mo) composites with exceptional mechanical properties processed by electron beam melting
    In: Scientific Reports 10 (2020), Art.Nr.: 15153
    ISSN: 2045-2322
    DOI: 10.1038/s41598-020-72093-5
  • Lepple M., Ushakov SV., Lilova K., Macauley C., Fernandez AN., Levi CG., Navrotsky A.:
    Thermochemistry and phase stability of the polymorphs of yttrium tantalate, YTaO4
    In: Journal of the European Ceramic Society (2020)
    ISSN: 0955-2219
    DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.10.039
  • Cautaerts N., Delville R., Stergar E., Pakarinen J., Verwerft M., Yang Y., Hofer C., Schnitzer R., Lamm S., Felfer P., Schryvers D.:
    The role of Ti and TiC nanoprecipitates in radiation resistant austenitic steel: A nanoscale study
    In: Acta Materialia 197 (2020), S. 184-197
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2020.07.022
  • Penk D., Müller J., Felfer P., Grosso R., Stamminger M.:
    Visualization Aided Interface Reconstruction
    VMV 2020, 25th International Symposium on Vision, Modeling, and Visualization (Tübingen, 28. September 2020 - 1. Oktober 2020)
  • Thompson Y., Gonzalez-Gutierrez J., Kukla C., Felfer P.:
    Fused filament fabrication, debinding and sintering as a low cost additive manufacturing method of 316L stainless steel
    In: Additive Manufacturing 30 (2019), Art.Nr.: 100861
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2019.100861
  • Lamm S., Matschkal D., Göken M., Felfer P.:
    Impact of Mn on the precipitate structure and creep resistance of Ca containing magnesium alloys
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 761 (2019), Art.Nr.: 137964
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2019.05.094
  • Glöckel F., Uggowitzer PJ., Felfer P., Pogatscher S., Höppel HW.:
    Influence of Zn and Sn on the precipitation behavior of new Al-Mg-Si alloys
    In: Materials 12 (2019), Art.Nr.: 2547
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma12162547
  • Martić N., Reller C., Macauley C., Löffler M., Schmid B., Reinisch D., Volkova E., Maltenberger A., Rucki A., Mayrhofer K., Schmid G.:
    Paramelaconite-Enriched Copper-Based Material as an Efficient and Robust Catalyst for Electrochemical Carbon Dioxide Reduction
    In: Advanced Energy Materials (2019), Art.Nr.: 1901228
    ISSN: 1614-6832
    DOI: 10.1002/aenm.201901228
  • Gonzalez-Gutierrez J., Thompson Y., Cano S., Felfer P., Kukla C., Holzer C.:
    Steel parts produced by material extrusion additive manufacturing, solvent debiding and sintering
    Materials Science and Technology 2019, MS and T 2019 (Portland, OR, 29. September 2019 - 3. Oktober 2019)
    In: MS and T 2019 - Materials Science and Technology 2019 2019
    DOI: 10.7449/2019/MST_2019_264_266
  • Mueller T., Kapp MW., Bachmaier A., Felfer P., Pippan R.:
    Ultrahigh-strength low carbon steel obtained from the martensitic state via high pressure torsion
    In: Acta Materialia 166 (2019), S. 168-177
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2018.12.028
  • Felfer P., Cairney J.:
    Advanced concentration analysis of atom probe tomography data: Local proximity histograms and pseudo-2D concentration maps
    In: Ultramicroscopy 189 (2018), S. 61-64
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2018.03.011
  • Li T., Kasian O., Cherevko S., Zhang S., Geiger S., Scheu C., Felfer P., Raabe D., Gault B., Mayrhofer K.:
    Atomic-scale insights into surface species of electrocatalysts in three dimensions
    In: Nature Catalysis 1 (2018), S. 300-305
    ISSN: 2520-1158
    DOI: 10.1038/s41929-018-0043-3
  • Felfer P., Stephenson LT., Li T.:
    Atom Probe Tomography
    In: Praktische Metallographie 55 (2018), S. 515-526
    ISSN: 0032-678X
    DOI: 10.3139/147.110543
  • Makineni SK., Lenz M., Kontis P., Li Z., Kumar A., Felfer P., Neumeier S., Herbig M., Spiecker E., Raabe D., Gault B.:
    Correlative Microscopy-Novel Methods and Their Applications to Explore 3D Chemistry and Structure of Nanoscale Lattice Defects: A Case Study in Superalloys
    In: JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society 70 (2018), S. 1736-1743
    ISSN: 1047-4838
    DOI: 10.1007/s11837-018-2802-7
  • Mccarroll I., Scherrer B., Felfer P., Moody MP., Cairney JM.:
    Interpreting Atom Probe Data from Oxide-Metal Interfaces
    In: Microscopy and Microanalysis 24 (2018), S. 342-349
    ISSN: 1431-9276
    DOI: 10.1017/S1431927618012370
  • Barr CM., Felfer P., Cole JI., Taheri ML.:
    Observation of oscillatory radiation induced segregation profiles at grain boundaries in neutron irradiated 316 stainless steel using atom probe tomography
    In: Journal of Nuclear Materials 504 (2018), S. 181-190
    ISSN: 0022-3115
    DOI: 10.1016/j.jnucmat.2018.01.053
  • Macauley C., Fernandez AN., Van Sluytman JS., Levi CG.:
    Phase equilibria in the ZrO2-YO1.5-TaO2.5 system at 1250 degrees C
    In: Journal of the European Ceramic Society 38 (2018), S. 4523-4532
    ISSN: 0955-2219
    DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.06.010
  • Eder K., Felfer P., Gault B., Ceguerra AV., La Fontaine A., Masters AF., Maschmeyer T., Cairney JM.:
    A New Approach to Understand the Adsorption of Thiophene on Different Surfaces: An Atom Probe Investigation of Self-Assembled Monolayers
    In: Langmuir 33 (2017), S. 9573-9581
    ISSN: 0743-7463
    DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b01820
  • Wang L., Zenk C., Stark A., Felfer P., Gabrisch H., Göken M., Lorenz U., Pyczak F.:
    Morphology evolution of Ti3AlC carbide precipitates in high Nb containing TiAl alloys
    In: Acta Materialia 137 (2017), S. 36-44
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2017.07.018
  • Leitner (Babinsky) K., Felfer P., Holec D., Cairney J., Knabl W., Lorich A., Clemens H., Primig S.:
    On grain boundary segregation in molybdenum materials
    In: Materials & Design 135 (2017), S. 204-212
    ISSN: 0264-1275
    DOI: 10.1016/j.matdes.2017.09.019
  • Felfer P., Cairney J.:
    A computational geometry framework for the optimisation of atom probe reconstructions
    In: Ultramicroscopy 169 (2016), S. 62-68
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2016.07.008
  • Felfer P., Mccarroll I., Macauley C., Cairney JM.:
    A simple approach to atom probe sample preparation by using shadow masks
    In: Ultramicroscopy 160 (2016), S. 163-167
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2015.09.005
  • Cairney J., Eder K., Felfer P., Masters A.:
    Contributions to understanding catalysis by using atom probe tomography
  • Eder K., Felfer P., Ferry M., Xia K., Cairney JM.:
    Grain size stability in Al-Sc alloys processed by severe plastic deformation
    In: Scripta Materialia 123 (2016), S. 105-108
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.06.005
  • Kaub TM., Felfer P., Cairney JM., Thompson GB.:
    Influence of Ni Solute segregation on the intrinsic growth stresses in Cu(Ni) thin films
    In: Scripta Materialia 113 (2016), S. 131-134
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.10.010
  • He MR., Samudrala SK., Kim G., Felfer P., Breen AJ., Cairney JM., Gianola DS.:
    Linking stress-driven microstructural evolution in nanocrystalline aluminium with grain boundary doping of oxygen
    In: Nature Communications 7 (2016), Art.Nr.: 11225
    ISSN: 2041-1723
    DOI: 10.1038/ncomms11225
  • La Fontaine A., Yen HW., Felfer P., Ringer SP., Cairney JM.:
    Atom probe study of chromium oxide spinels formed during intergranular corrosion
    In: Scripta Materialia 99 (2015), S. 1-4
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.09.028
  • Felfer P., Ceguerra AV., Ringer SP., Cairney JM.:
    Detecting and extracting clusters in atom probe data: A simple, automated method using Voronoi cells
    In: Ultramicroscopy 150 (2015), S. 30-36
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2014.11.015
  • Felfer P., Scherrer B., Demeulemeester J., Vandervorst W., Cairney JM.:
    Mapping interfacial excess in atom probe data
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2015.06.002
  • Cairney JM., Rajan K., Haley D., Gault B., Bagot PJ., Choi PP., Felfer P., Ringer SP., Marceau RKW., Moody MP.:
    Mining information from atom probe data
    In: Ultramicroscopy 159 (2015), S. 324-337
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2015.05.006
  • Felfer P., Li T., Eder K., Galinski H., Magyar AP., Bell DC., Smith GDW., Kruse N., Ringer SP., Cairney JM.:
    New approaches to nanoparticle sample fabrication for atom probe tomography
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2015.04.014
  • Scherrer B., Doebeli M., Felfer P., Spolenak R., Cairney J., Galinski H.:
    The Hidden Pathways in Dense Energy Materials - Oxygen at Defects in Nanocrystalline Metals
    In: Advanced Materials 27 (2015), S. 6220-6224
    ISSN: 0935-9648
    DOI: 10.1002/adma.201503118
  • Young DJ., Thuan Dinh Nguyen ., Felfer P., Zhang J., Cairney JM.:
    Penetration of protective chromia scales by carbon
    In: Scripta Materialia 77 (2014), S. 29-32
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.01.009
  • Felfer P., Benndorf P., Masters A., Maschmeyer T., Cairney JM.:
    Revealing the Distribution of the Atoms within Individual Bimetallic Catalyst Nanoparticles
    In: Angewandte Chemie International Edition 53 (2014), S. 11190-11193
    ISSN: 1433-7851
    DOI: 10.1002/anie.201405043
  • He MR., Felfer P., Dasgupta S., Samudrala SK., Malone PJ., Feng G., Hemker KJ., Cairney JM., Gianola DS.:
    Understanding the mechanical behavior of nanocrystalline Al-O thin films with complex microstructures
    In: Acta Materialia 77 (2014), S. 269-283
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.058
  • Felfer P., Ceguerra A., Ringer S., Cairney J.:
    Applying computational geometry techniques for advanced feature analysis in atom probe data
    In: Ultramicroscopy 132 (2013), S. 100-106
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2013.03.004
  • Gault B., Felfer P., Ivermark M., Bergqvist H., Cairney JM., Ringer SP.:
    Atom probe microscopy characterization of as quenched Zr-0.8 wt% Fe and Zr-0.15 wt% Cr binary alloys
    In: Materials Letters 91 (2013), S. 63-66
    ISSN: 0167-577X
    DOI: 10.1016/j.matlet.2012.09.059
  • Xie KY., Shrestha SL., Felfer P., Cairney JM., Killmore CR., Carpenter KR., Kaul HR., Ringer SP.:
    High strength and retained ductility achieved in a nitrided strip cast Nb-microalloyed steel
    In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science 44 (2013), S. 848-855
    ISSN: 1073-5623
    DOI: 10.1007/s11661-012-1446-4
  • Xiang Y., Chitry V., Liddicoat P., Felfer P., Cairney J., Ringer S., Kruse N.:
    Long-Chain Terminal Alcohols through Catalytic CO Hydrogenation
    In: Journal of the American Chemical Society 135 (2013), S. 7114-7117
    ISSN: 0002-7863
    DOI: 10.1021/ja402512r
  • Samudrala SK., Felfer P., Araullo-Peters VJ., Cao Y., Liao XZ., Cairney JM.:
    New atom probe approaches to studying segregation in nanocrystalline materials
    In: Ultramicroscopy 132 (2013), S. 158-163
    ISSN: 0304-3991
    DOI: 10.1016/j.ultramic.2012.12.013
  • Xie KY., Shrestha S., Cao Y., Felfer P., Wang Y., Liao X., Cairney JM., Ringer SP.:
    The effect of pre-existing defects on the strength and deformation behavior of α-Fe nanopillars
    In: Acta Materialia 61 (2013), S. 439-452
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2012.09.022
  • Ceguerra AV., Breen AJ., Stephenson LT., Felfer P., Araullo-Peters VJ., Liddicoat PV., Cui X., Yao L., Haley D., Moody MP., Gault B., Cairney JM., Ringer SP.:
    The rise of computational techniques in atom probe microscopy
    In: Current Opinion in Solid State & Materials Science 17 (2013), S. 224-235
    ISSN: 1359-0286
    DOI: 10.1016/j.cossms.2013.09.006
  • Magagnosc DJ., Kumar G., Schroers J., Felfer P., Cairney JM., Gianola DS.:
    Effect of ion irradiation on tensile ductility, strength and fictive temperature in metallic glass nanowires
    In: Acta Materialia 74 (2014), S. 165-182
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2014.04.002
  • Felfer P., Gault B., Sha G., Stephenson L., Ringer SP., Cairney JM.:
    A new approach to the determination of concentration profiles in atom probe tomography
    In: Microscopy and Microanalysis 18 (2012), S. 359-364
    ISSN: 1431-9276
    DOI: 10.1017/S1431927611012530
  • Felfer P., Killmore CR., Williams JG., Carpenter KR., Ringer SP., Cairney JM.:
    A quantitative atom probe study of the Nb excess at prior austenite grain boundaries in a Nb microalloyed strip-cast steel
    In: Acta Materialia 60 (2012), S. 5049-5055
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2012.06.013
  • Felfer P., Alam T., Ringer SP., Cairney JM.:
    A reproducible method for damage-free site-specific preparation of atom probe tips from interfaces
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