Ceramic interfaces

Mellanytor i keramiska material

Keramiska materials egenskaper styrs till stor del av strukturen hos de mellanytor som finns i materialet.  En mellanyta kan vara en gräns mellan två korn med samma kristallstruktur och kemisk sammansättning, eller en gräns mellan två olika faser, dvs korn med olika sammansättning och struktur.  En mellanyta kan ha en helt annan sammansättning än de omgivande kornen, och den kan i vissa fall innehålla en distinkt intergranulär film.  Mellanytor utgör ofta sänkor för spårämnen och föroreningar i materialet.

Karaktären hos mellanytan kommer att avgöra hur stark bindningen mellan kornen är, och därmed vilka egenskaper det keramiska materialet har.  En mellanyta utgör ofta en snabb transportväg för olika ämnen under en deformationsprocess eller under ett oxidationsförlopp.  Den intergranulära strukturen hos materialet spelar också en mycket stor roll under sintringsprocessen, och avgör hur keramens struktur utvecklas, till exempel vilken kornform och kornstorlek materialet får.

Vår kunskap om mellanytor i keramiska konstruktionsmaterial är bristfällig.  Vi kan få viss information från olika tekniker inom transmissionselektronmikroskopin.  Därutöver behöver vi också avbilda och analysera mellanytans struktur på atomär nivå för att kunna skapa en förståelse för materialets tillväxtprocess och egenskaper.  Vi är också intresserade av variationer i kornens sammansättning ner till atomär skala.

I den tredimensionella atomsonden avbildar och analyserar man ett materials struktur med atomär upplösning.  Med hjälp av nyutvecklad teknologi för laserpulsning har det blivit möjligt att även studera material med sämre elektrisk ledningsförmåga, till exempel strukturella keramiska material.  I det föreslagna projektet skall vi studera tre olika typer av teknologiskt viktiga keramiska material: nanokompositer med oxidmatris, zirkoniumoxid och kisel-baserade keramer.

Den kunskap som kommer att skapas genom atomsondsanalys, i kombination med högupplösande transmissionselektronmikroskopi, kommer att ge en ökad förståelse för materialens struktur och egenskaper.  Detta är ett viktigt steg mot skräddarsydda strukturer och material, och en modellering av olika processer vid keramiska mellanytor.

Carbon nanotube growth mechanisms

Tillväxtmekanismer för kolnanorör

Nanorör uppbyggda av kolatomer är ihåliga och cylinderformade molekyler med en längd i storleksordningen miljondels meter (mikrometer), och en diameter runt någon eller några miljarddels meter (nanometer).  Molekylen kan liknas vid ett hoprullat hönsnät där hörnen i nätets sexkantiga rutor består av en kolatom.

Den här strukturen ger nanorören mycket speciella och unika fysikaliska, mekaniska och kemiska egenskaper som gör att de i framtiden skulle kunna användas i en rad olika tekniska tillämpningar, till exempel elektroniska komponenter, nya typer av kompositmaterial och platta bildskärmar.

För att kunna utnyttja dessa fantastiska och unika egenskaper i en kommersiell produkt, måste man kunna framställa nanorör i större skala, och göra det på ett kontrollerat sätt så att nanorören får den egenskap som en specifik tillämpning kräver.  De faktiska egenskaperna hos ett visst nanorör beror bland annat på rörets diameter, och hur det hoprullade ”hönsnätet” är vridet.  Man måste kunna skräddarsy kol-nanorör för olika tillämpningar.  Detta förutsätter att man känner till hur dessa nanorör kärnbildas och tillväxer.  Idag finns det många laboratorierecept för framställning av kol-nanorör, men ytterst lite är känt om själva mekanismerna bakom bildandet av den här speciella typen av kolmolekyler.

I projektet studerar vi kol-nanorör som framställs med metoder som utnyttjar CVD (chemical vapour deposition).  CVD anses vara en lovande teknik för framställning av nanorör i stor skala, och gör det möjligt att framställa olika typer, och även filmer, av nanorör.