Leistungsangebot des Methodischen Kompetenzzentrums Synthese

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1 Funktionales Strukturdesign neuer ochleistungswerkstoffe durch Atomares Design und Defekt-Engineering ADDE Leistungsangebot des Methodischen Kompetenzzentrums Synthese

2 Methodische Schwerpunkte Nasschemische Silicium-Ätzverfahren Schlenk- und Gloveboxtechniken Miniplanttechnik Mikroreaktionstechnik öchstdrucksynthesen Sintermethoden Gasphasenabscheidungsverfahren Synthesen in Salzschmelzen Precursorsynthesen

3 Nasschemische Silicium-Ätzverfahren Prof. E. Kroke Inst. f. Anorg. Chemie Abzüge für Arbeiten mit Flusssäure mit Abluftwäscher/Abluftanlage (Abluftüberwachung) Sicherheitstechnische Voraussetzung für Forschungsarbeiten zur erstellung und Prozessierung von Solarsilicium bzw. zum Recycling von verbrauchten Solarzellen

4 Schlenk- und Gloveboxtechniken Prof. E. Kroke Inst. f. Anorg. Chemie Prof. E. Weber Inst. f. rgan. Chemie Arbeiten unter inerten Bedingungen (Schutzgas: Stickstoff oder Argon) erstellung und Bearbeitung von luft- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Stoffen

5 Miniplanttechnik Prof. M. Bertau Inst. f. Techn. Chemie Ermöglicht die Entwicklung von Produktionsanlagen vom Labor zur Großanlage Erlaubt die Simulation eines kompletten technischen Prozesses, die Gewinnung von Proben sowie die Entwicklung und Untersuchung der Prozessstrategie

6 Mikroreaktionstechnik Prof. M. Bertau Inst. f. Techn. Chemie Technologie für eine extrem verkleinerte Bauweise verfahrenstechnischer Anlagen Vorteile der kontinuierlichen Betriebsweise in Mikrostrukturen: ultraschnelles Vermischen, effektivere Wärmeübertragung, kurze steuerbare Verweilzeiten, optimale Regelbarkeit durch geringe Systemträgheit und hohe Betriebssicherheit durch minimalen Inhalt Numbering-up möglich (Erhöhung des Durchsatzes durch parallel Schaltung von bis zu zehn Strängen)

7 ochdrucksynthesen mit ochdruckpresse Prof. E. Kroke Inst. f. Anorg. Chemie ochdruckvielstempelpresse (multi anvil press MAP) Druckübertragungsmedium Statische Methode Probenmenge: ca. 10 mg (Probe: ca. 3 mm 3 ) Druck: 20 GPa Temperatur: bis 2500 C p/t-zustand einstellbar

8 ochdrucksynthesen mittels Schock- oder Stoßwellensynthese Prof. G. eide Inst. f. Mineralogie Methode einmalig in Deutschland Versuchsaufbau Schockwellenlabor Reiche Zeche Dynamische Methode Probenmenge: ca.1 g Druck: 70 GPa Temperatur: C p/t-zustand ca. 1 µs

9 Sintermethoden spark plasma sintering - SPS Prof.. J. Seifert Inst. f. Werkstoffwiss. Bei diesem Verfahren werden Pulverteilchen durch direkten Stromdurchgang aufgeheizt und gleichzeitig durch Druck zusammengepresst. Der Sintervorgang kann dadurch bei niedrigeren Temperaturen und/oder deutlich kürzeren Zeiten erfolgen.

10 Abscheidung mittels Kathodenzerstäubung (sputtering) Beschichtungsverfahren zur erstellung dünner Schichten physical vapor deposition - PVD Prof. D. Rafaja Inst. f. Werkstoffwiss. [Abb.: sulzerinnotec.com] Mehrquellensputteranlage Anlage mit drei Sputterkathoden für metallische und nichtmetallische Targets (multilayer möglich) Freistaates Sachsen

11 Abscheidung mittels Kathodenzerstäubung (sputtering) Beschichtungsverfahren zur erstellung dünner Schichten physical vapor deposition - PVD Dr. B. Abendroth Zentr. Reinraumlabor Magnetron Sputter Cluster Thermische Verdampfung Clusteranlage mit drei Kammern: parallel Platten/konvokale Anordnung, Rücksputtern DC- und F- Betrieb für elektrisch leitende bzw. nichtleitende Targets, heizbarer Probenhalter Thermische Verdampfung mittels Elektronenstrahl oder Tiegel (auch für rganika) Freistaates Sachsen

12 Gasphasenabscheidungsverfahren Beschichtungsverfahren zur erstellung dünner Schichten Dr. B. Abendroth Zentr. Reinraumlabor atomic layer deposition ALD [Abb.: mkem.uu.se] ALD-Anlage: Savannah S100 Mehrstufiger cyclischer Abscheidungsprozess (self-limiting-process) Getrenntes Zuführen der Precursoren, chemische Reaktion auf der Substratoberfläche

13 Synthesen in Salzschmelzen Prof. W. Voigt Inst. f. Anorg. Chemie M n + X y - spezifische W W M n+ M n + M n + X y - M n + X y - M n + M n + X y - M n + X y - M n + X y - M n + 2 verd. Lösung konz. Lösung Salzhydratschmelze hydratisierte Schmelze Salz 2-2 -WW Ion- 2 -WW Ion-Ion-WW 0 0,0 5 0,1 0,2 5 x Salz 1 Lösungen Schmelzen Entwicklung von alternativen Synthesemethoden zur Verbesserung herkömmliche Prozesse in Bezug auf Umsatz, Ökonomie, Umweltverträglichkeit Beispiele: Derivatisierung von Cellulose, Nitrierungen von Aromaten

14 Precursorsynthesen Kompetenzzentrum Synthese Syntheserouten und Abläufe, die über Vorstufen zu neuen Materialien oder solchen mit verbesserten Eigenschaften führen. Diese Vorstufen können z. B. luftempfindliche Molekülverbindungen oder amorphe Precursor-Keramiken sein. Bei der (chemischen) Materialsynthese steht im Zentrum des Interesses die Auswahl und das Design von Precursoren und erstellungsverfahren für ochleistungswerkstoffe, deren Eigenschaften auf der atomaren Ebene der Ausgangsverbindungen gezielt eingestellt werden können (Precursortechnik).

15 Ansprechpartner Nasschemische Silicium-Ätzverfahren Schlenk- und Gloveboxtechniken Miniplanttechnik/Mikroreaktionstechnik ochdruckpresse Schockwellensynthese Sintermethoden SPS Gasphasenabscheidungsverfahren PVD Gasphasenabscheidungsverfahren ALD Synthesen in Salzschmelzen Prof. E. Kroke Prof. E. Kroke/Prof. E. Weber Prof. M. Bertau Prof. E. Kroke Prof. G. eide Prof.. J. Seifert Prof. D. Rafaja/Dr. B. Abendroth Dr. B. Abendroth / / Prof. W. Voigt Kontakt zum Kompetenzzentrum Synthese:, +49 (0) , Clemens-Winkler-Bau, Labor 108