F-Praktikum

Die Abteilung Materialwissenschaft bietet die unten gelisteten F-Praktikumsversuche an. Für Absprachen, Termine und Rückfragen aller Art wenden Sie sich bitte an undefinedProf. Dr. Schierbaum.

Chemische Sensorik:
Der Versuch befasst sich mit der Charakterisierung eines kapazitiven Feuchtesensors und eines elektrochemischen CO-Sensors. Bestimmt werden die Signale (Änderungen der Kapazität eines polymeren Dielektrikums durch Absorption von H2O bzw. Änderungen des Grenzstroms bei Oxidation von CO an der Arbeitselektrode) in einer Testkammer, die mit einer Gasströmungsapparatur verbunden ist. Die Gasströme von trockener synthetischer Luft (N2/O2), befeuchteter synthetischer Luft (N2/O2) und Prüfgas (30 ppm CO in N2/O2) werden mittels elektronisch geregelter Massenflußregler gemischt und über die Sensoren geleitet. Die Meßsignale werden über eine Analog/Digital-Wandlerkarte in einen PC eingelesen (Software: LabView) und als Excel-Datei ausgegeben. Die Sensoren werden unter Variation der Partialdrücke (0 bis 100 % rel. Feuchte in 10% Stufen bzw. 0-15 ppm CO in 2 ppm Stufen) getestet.

λ-Sonde (Sauerstoff-Mess-Sonde):
Die EMK (elektromotorische Kraft) einer λ-Sonde wird als Funktion des Sauerstoff-Partialdruckes pO2 bestimmt; die λ-Sonde wird dazu in einer Gasströmungsapparatur bei erhöhter Temperatur mit verschiedenen N2/O2-Mischungen umströmt, während im Innenrohr der Sonde ein konstanter Wert von pO2 herrscht. Man erhält die EMK durch Messung (1) mit einem  hochohmigen Voltmeter und (2) mit einem Potentiostaten durch Bestimmung der Strom-Spannungs-Kurven. Schlagworte: Sauerstoff-Ionenleitung in Yttriumstabilisiertem Zirkondioxid (YSZ), Festkörperdiffusion, Platin-Elektroden, Dreiphasen-Grenzflächen, Nernstsche Spannung, Potentiostat, Sauerstoff-Pumpe mit YSZ.

Rastertunnelmikroskopie (STM) und Beugung langsamer Elektronen (LEED) von Oxid-Oberflächen:
Das Rastertunnelmikroskop (eng.: Scanning Tunneling Microscope, STM) ist ein Mikroskop, das ein Objekt durch “Abtasten” abbildet. Bei diesem Abbildungsverfahren wird eine elektrisch leitende Spitze systematisch über das Untersuchungsobjekt gefahren. Der Abstand zwischen dem Objekt und der Spitze wird nun so gering gehalten, dass die Elektronen zwischen der Spitze und der Nadel ausgetauscht werden (“Tunneleffekt”). Dies geschieht üblicherweise bei einer Entfernung von einigen Angström. Wird nun eine elektrische Spannung zwischen dem Untersuchungsobjekt und der Spitze angelegt, so kann ein Strom, der so genannte Tunnelstrom fliesen. Die Stärke dieses Stroms hängt exponentiell vom Abstand der Nadel zum Objekt ab. Für jeden Rasterpunkt lässt sich so der Abstand der Nadel zum Objekt rekonstruieren, wodurch ein dreidimensionales Bild des Objektes hergestellt  werden kann.
Die Beugung langsamer Elektronen (eng.: low energy electron diffraction, LEED) ermöglicht die Untersuchung der geometrischen Struktur, bei der präparativen Herstellung geometrisch definierter Oberflächen. Im einfachsten Fall bilden alle Oberflächenatome ein vollständiges, kristallographisch definiertes Gitter, das durch die Periodizität im Kristallinnern vorgegeben ist. Analog zur Röntgenbeugung an den Kristallebenen können Elektronen aufgrund ihrer Welleneigenschaften an periodischen Oberflächen gebeugt werden. Elektronen mit einer kinetischen Energie zwischen 10-500 eV werden als langsame Elektronen bezeichnet, sie haben De Broglie-Wellenlängen von λ ∼ 0.4-0.05 nm, die im Bereich der Abstände von Oberflächenatomen liegen. Beugungsexperimente mit langsamen Elektronen  lassen sich demnach an geordneten Festkörperoberflächen durchführen.

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