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).

Prof. Dr. Peter Felfer

Gruppenleiter Atomsondentomographie

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

Benedict Ott, M. Sc.

Doktorand

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

Nora Vorlaufer, M. Sc.

Doktorandin

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

Mehrpad Monajem, M. Sc.

Doktorand

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

Jan-Oliver Hücking, M. Sc.

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

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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