BESSY II: Lokale Variationen in der Struktur von hochentropischen-Legierungen

Die Auswertung der EXAFS-Daten zeigte, dass die Glühtemperatur der Cantor-Legierung sich auf lokale Umgebungen der Elemente auswirkt. Dies deutet auf unterschiedliche Ordnungs- und Diffusionsprozesse hin. Mangan diffundiert am schnellsten im Hochtemperaturzustand, Nickel im Niedrigtemperaturzustand.

Die Auswertung der EXAFS-Daten zeigte, dass die Glühtemperatur der Cantor-Legierung sich auf lokale Umgebungen der Elemente auswirkt. Dies deutet auf unterschiedliche Ordnungs- und Diffusionsprozesse hin. Mangan diffundiert am schnellsten im Hochtemperaturzustand, Nickel im Niedrigtemperaturzustand. © HZB

Hochentropie-Legierungen halten extremer Hitze und Belastung stand und eignen sich daher für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen. Einblicke in Ordnungsprozesse und Diffusionsphänomene in diesen Materialien hat nun eine neue Studie an der Röntgenquelle BESSY II geliefert. An der Studie waren Teams des HZB, der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, der Universität Lettland und der Universität Münster beteiligt.

Das Team analysierte Proben einer sogenannten Cantor-Legierung, die aus fünf 3d-Elementen besteht: Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel. Die kristallinen Proben (kubisch-flächenzentriert, fcc) wurden bei zwei verschiedenen Temperaturen geglüht, entweder bei 1373 Kelvin (Hochtemperaturzustand,HT) oder bei 993 Kelvin (Tieftemperaturzustand, LT) und dann schockgefroren.

Um die lokalen Umgebungen der einzelnen Elemente in den Proben zu analysieren, nutzte das Team eine gut etablierte Methode der Röntgenabsorptionsspektroskopie, die elementspezifisch ist (EXAFS). Mit einer Reverse Monte Carlo (RMC) Analyse gelang es, die Messdaten zu interpretieren.

"Auf diese Weise konnten wir sowohl qualitativ als auch quantitativ die Besonderheiten der charakteristischen lokalen Umgebungen der Hauptkomponenten der Legierung auf atomarer Ebene aufklären", erklärt Dr. Alevtina Smekhova vom HZB. Die spektroskopischen Ergebnisse geben insbesondere auch Aufschluss über die Diffusionsprozesse in der Hochentropie-Legierung. So wurde direkt nachgewiesen, dass das Element Mangan in den HT-Proben am schnellsten diffundiert.  Das Element Nickel diffundiert dagegen in den LT-Proben schneller, wie es auch aus früheren Diffusionsexperimenten bekannt war. „Diese Ergebnisse helfen, die Beziehung zwischen der lokalen atomaren Umgebung und den makroskopischen Eigenschaften in diesen Legierungen besser zu verstehen“, sagt Smekhova.

arö


Das könnte Sie auch interessieren

  • BESSY II: Wie das gepulste Laden die Lebensdauer von Batterien verlängert
    Science Highlight
    08.04.2024
    BESSY II: Wie das gepulste Laden die Lebensdauer von Batterien verlängert
    Ein verbessertes Ladeprotokoll könnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verlängern. Das Laden mit hochfrequentem gepulstem Strom verringert Alterungseffekte. Dies zeigte ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm (HZB und Humboldt-Universität) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin und der Aalborg University in Dänemark. Besonders aufschlussreich waren Experimente an der Röntgenquelle BESSY II.
  • Brennstoffzellen: Oxidationsprozesse von Phosphorsäure aufgeklärt
    Science Highlight
    03.04.2024
    Brennstoffzellen: Oxidationsprozesse von Phosphorsäure aufgeklärt
    Die Wechselwirkungen zwischen Phosporsäure und dem Platin-Katalysator in Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen sind komplexer als bisher angenommen. Röntgen-Experimente an BESSY II in einem mittleren Energiebereich (tender x-rays) haben die vielfältigen Oxidationsprozesse an der Platin-Elektrolyt-Grenzfläche entschlüsselt. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle diese Prozesse beeinflusst, so dass sich hier Möglichkeiten bieten, um Lebensdauer und Wirkungsgrad von Brennstoffzellen zu erhöhen. 
  • Befruchtung unter dem Röntgenstrahl
    Science Highlight
    19.03.2024
    Befruchtung unter dem Röntgenstrahl
    Nachdem die Eizelle von einem Spermium befruchtet wurde, zieht sich die Eihülle zusammen und schützt den Embryo, indem sie mechanisch das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Diesen neuen Einblick hat nun ein Team des Karolinska Instituts u.a. durch Messungen an den Röntgenlichtquellen BESSY II, DLS und ESRF gewonnen.