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Martin-Luther-University
Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften
Nanotechnikum Weinberg
Heinrich-Damerow-Str. 4,
D-06120 Halle, Germany
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–> Master Thesis
–> Bachelorarbeit
–> Orientierungspraktikum
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[Master Thesis Physik/Medizinphysik]
Elektrolytschichten für Li-Ionen-Batterien
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner, MSc. Lena Kuske - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften)
Li-ionenbasierte Batterien sind das Speichermedium der Zukunft. Die Erforschung neuer und effizienter Materialien ist ein wichtiger Bestandteil der aktuellen Forschung in Hinblick auf eine zukunftsfähige Energiewende.
Im Zuge einer BA oder MA sollen Schichten aus Kompositmaterialien mittels Rakelverfahren hergestellt und charakterisiert werden. Die Kompositmaterialien bestehen aus Polymeren und Zusatzstoffen, mittels derer die Eigenschaften in Hinblick auf den Einsatz in Li-Ionenakkus gezielt modifiziert werden. Als Zusatzstoffe kommen unterschiedliche Lithiumsalze, sowie Keramiken zum Einsatz, deren Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften des Materials analysiert und charakterisiert werden sollen. Zur Untersuchung sollen mikroskopische, elektronische und strukturelle Messmethoden eingesetzt werden. Wo hier der Fokus liegen wird, kann individuell abgestimmt werden.
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[Master Thesis Physik/Medizinphysik]
Aufbau eines 4-Spitzenmessplatzes zur Messung der Leitfähigkei
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner, MSc. Lena Kuske - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften)
Im Zuge des INZELL Projektes werden in unserer Gruppe neue Materialien für den Einsatz in Li-Ionen-Batterien untersucht. Dafür ist unter anderem die Ermittlung der Leitfähigkeit essentiell. Hierfür soll ein alter 4-Spitzenmessplatz wieder in Betrieb genommen werden.
Im Zuge einer BA oder MA würde der Fokus auf dem Aufbau des alten Messplatzes, der Überprüfung der Messsoftware (evtl. auch eigene Programmierarbeit nötig) und ersten Testmessungen liegen.
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[Bachelorarbeit Physik/Medizinphysik]
Kalibrierung und Testuntersuchungen mittels Glimmentladungsspekroskopie
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner, Dr. Frank Heyroth - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften)
Um verlässliche Aussagen zur Elementzusammensetzung und Tiefenprofilanalyse an Kompositen und Halbleiter-Schichtstrukturen durchführen zu können, sind umfängliche Tests und Eichstudien notwendig. Ein neuer Monochromator für hochauflösende Spektroskopie wird in Betrieb genommen. <weitere Informationen>
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[Bachelorarbeit Physik/Medizinphysik]
Abscheidung von Feststoffelektrolyten
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner, Dr. Roland Schlegel - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften)
Depositionsverfahren für neuartige Dünnschicht-Feststoffbatterien auf Basis von Polymer-Keramik-Kompositen werden erprobt. Die Analytik erfolgt mittels Mikroskopie. Erste Testmessungen erfolgen mittels Glimmentladungsspektroskopie. <weitere Informationen>
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[Bachelorarbeit Physik/Medizinphysik]
Entzündungshemmende strukturierte Zellsubstrate
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften, Prof. Thomas Groth – Institut für Pharmazie)
Lithographische Strukturierungsverfahren zur Fabrikation entzündungshemmender Substraten für Modellstudien zur Zellwechselwirkung werden erprobt. Zum Einsatz kommen Laserinterferenzlithographie und Nanoimprintstrukturierung <weitere Informationen>
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[Bachelorarbeit Physik/Medizinphysik]
Glimmentladungspektroskopie(GDOES)
(Privatdoz. Dr. H. S. Leipner, MSc. Lena Kuske - Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften)
GDOES ist ursprünglich eine Analysemethode zur Charakterisierung von Stählen und Lacken, wird aber zunehmend für die Untersuchung von dünnen Schichten und ihrer Zusammensetzung verwendet.
Im Zuge einer BA oder MA sollen Zusammensetzungen von Kompositmaterialen für den Einsatz in Lithiumionenakkus untersucht werden. Die Kompositmaterialien bestehen aus Polymeren und Zusatzstoffen, mittels derer die Eigenschaften in Hinblick auf den Einsatz in Li-Ionenakkus gezielt modifiziert werden. Während der Arbeit sollen verschiedene Kompositmaterialien auf unterschiedlichen Substraten in der GDOES analysiert werden.
Ziel ist die Optimierung der Prozessparameter für die Messungen der polymerbasierten Materialien und die Ermittlung der Relation zwischen Sputterzeit und Probendicke, um variierende Stapelfolgen unterschiedlicher Schichten im Tiefenprofil untersuchen zu können. Der Umfang und der Schwerpunkt der Arbeit kann individuell abgestimmt werden.
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[Orientierungspraktikum Physik-Master - IZM]
E4-1: Spin-coating und Schichtcharakterisierung mittels spektraler Ellipsometrie
(Dr. B. Fuhrmann, F. Syrowatka, Privatdoz. Dr. H. S. Leipner)
Ziel dieses Praktikumsversuches ist es eine (oder mehrere) Polymerschichten mittels Spin-coating auf Substrate aufzubringen und die erhaltenen Schichten anschließend mittels spektraler Ellipsometrie hinsichtlich der erzeugten Schichtdicke und deren Homogenität zu charakterisieren.
Dazu werden in einem ersten Schritt einige 10-100 nm dicke Polymerschichten mittels Spin-coating auf einem Substrat abgeschieden wobei Parameter wie Substratgröße, Rotationsgeschwindigkeit des Spin-coaters und Konzentration der Polymerlösung variiert werden.
Anschließend werden diese Schichten jeweils mittels spektraler Ellipsometrie vermessen und die Schichtdicke über eine Modellsimulation aus den Messdaten bestimmt. Zur Verfügung steht ein Ellipsometer M-2000 der neuesten Generation (J.A. Woollam Co.). Zusätzlich ist ggf. eine Verifikation der Schichtdicke ausgewählter Proben mittels Rasterelektronenmikroskopie oder Raster-kraftmikroskopie möglich.
Die erhaltenen Schichtdicken werden in Abhängigkeit von der Parameterwahl bei der Herstellung statistisch ausgewertet.
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[Orientierungspraktikum Physik-Master - IZM]
E4-2: Bestimmung von Struktur und Zusammensetzung von Nanostrukturen mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie am analytischen Transmissionselektronenmikroskop
(Dr. F. Heyroth, F. Syrowatka, Privatdoz. Dr. H. S. Leipner)
Mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) können nicht nur Daten über die chemische Zusammensetzung von Materialien gewonnen werden, sondern auch präzise Informationen über die Elektronenstruktur und die atomaren Bindungsverhältnisse abgeleitet werden. Die hohe Ortsauflösung von wenigen Nanometern im Rasterelektronenmikroskop HB501UX erlaubt das Studium von Schichtsystemen bzw. Grenzflächenbereichen. Zur Verfügung steht ein Spektrometer der neuesten Generation (Gatan Enfina), das kantennahe Feinstrukturen von atomaren Ionisationskanten mit sehr hoher Auflösung liefern kann, aus denen die strukturellen Informationen abgeleitet werden. Das Praktikum stellt einen Einstieg in die EELS-Technik im Transmissionselektronenmikroskop dar. Weiterhin wird die elektronenmikroskopische Probenpräparation behandelt.
Das Praktikum kann als Ausgangspunkt für weiterführende Untersuchungen im Rahmen einer Diplomarbeit, z. B. an verschiedenen aktuell bearbeiteten Schichtsystemen oder Nanostrukturen dienen.
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[Orientierungspraktikum Physik-Master - IZM]
E4-5: Herstellung und Charakterisierung dünner Metallschichten mittels Rasterelektronenmikroskopie
(Dr. F. Heyroth, Dr. B. Fuhrmann, Privatdoz. Dr. H. S. Leipner)
Bei diesem Versuch werden in einem ersten Schritt einige 10nm dicke Metallschichten mittels thermischer Bedampfung auf einem Substrat abgeschieden wobei Schichten unterschiedlicher Dicke hergestellt werden.
Danach wird die Dicke der Schichten im Rasterelektronenmikroskop auf unterschiedlichen Wegen bestimmt:
- durch Vermessen der Querschnittbildes
- durch Vermessen des Intensitätsverhältnisses von Substrat- und Schichtmaterial im EDX-Spektrum bei verschiedenen Beschleunigungsspannungen im Rasterelektronenmikroskop und Bestimmung der Schichtdicke über Monte-Carlo Simulation dieses Intensitätsverhältnisses.
Zusätzlich ist ggf. eine Verifikation der Schichtdicke ausgewählter Proben mittels Röntgen-reflektometrie oder Rasterkraftmikroskopie möglich.
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[Orientierungspraktikum Physik-Master - IZM]
E4-6: Nanostrukturierung / Lithographie
(Dr. B. Fuhrmann, F. Syrowatka, Privatdoz. Dr. H. S. Leipner)
In diesem Praktikum werden anhand der Herstellung von Silizium-Nanodrähten Grundlagen der Nanostrukturierung vermittelt. Ein Teil der Arbeiten wird im Reinraum des Nanotechnikums Weinbergs durchgeführt, so dass der Praktikant Erfahrungen im Arbeiten in Reinräumen sammeln kann.
Die Herstellung der Nanodrähte erfolgt mittels Nanospherelithographie nach folgenden Prozessschritten:
1. Abscheidung einer hexagonal dicht gepackten Monolage monodisperser Polystyrol (PS-)partikel auf dem Siliziumsubstrat,
2. Abdünnen der PS-Partikel mittels Trockenätzen im Sauerstoffplasma
3. Abscheidung einer Silberschicht durch thermische Bedampfung im Hochvakuum
4. Entfernen der Partikelmaske (lift off)
5. katalytisches Nassätzen der Si-Nanodrähte in HF/H2O2
Eine prozeßbegleitende Analytik nach dem jeweiligen Prozessschritt erfolgt mittels Rasterelektronenmikroskopie bzw. Rasterkraftmikroskopie.
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