Prosjektoppgave i TEM-gruppa 2011

Transkript

1 Prosjektoppgave i TEM-gruppa høst 2011 People working in the TEM group, on microscopes and with sample preparation. Homepage:

2 TEM Geminisenter,, IFY og SINTEF del, vår Vitenskaplig Fastansatt Prof. Randi Holmestad Førstam. Ton van Helvoort John Walmsley (Prof II) SINTEF Materials and Chemistry 7 SINTEF forskere Sigmund Andersen Jesper Friis Yanjun Li Calin Marioara Bjørn Steinar Tanem Per Erik Vullum John Walmsley 5 Master studenter Fredrik Martinsen Magnus Nord Martin Ervik Vidar Fauske Eva Mørtsell 1 ingeniør Bjørn G. Soleim 3 postdocs Flemming Ehlers Ragnhild Sæterli Trung Tran + TEM Gemini people at materialteknologi! 10 PhD studenter Roya Dehghan Espen Eberg Malin Torsæter Ruben Bjørge Jelena Todorovic Hanne Kauko Jon Holmestad Astrid Marie Muggerud Sigurd Wenner Takeshi Saito

3 Vi kan tilby Valg av prosjekt innen materialfysikk som passer din interesse og bakgrunn - fra helt teoretiske til helt eksperimentelle, eller en kombinasjon Opplæring i bruk av avansert vitenskapelig utstyr og simulerings software Industrirelevante oppgaver Konkrete oppgaver Ukentlig møte med veiledern, derfor opptakk begrenst til 4 plasser for høst Å få være en del av en ganske stor internasjonal forskningsgruppe Muligheter for å fortsette prosjekt på masteroppgave/ PhD-studier SOMMERJOBB! (relatert til utstyr eller aluminium) Kom og snakk med oss! Du oppfordres til å kontakte oss for å høre flere detaljer om prosjektene, andre mulige prosjekter, muligheter etter utdannelsen, eller muligheter for å innlemme egne ideer relatert til TEM. For mer info Sjekk hjemmesiden til Geminisenteret: Kontakt: Ton van Helvoort (Room D4-149, Tel , a.helvoort@ntnu.no) Randi Holmestad (Room D4-153, Tel , randi.holmestad@ntnu.no) John Walmsley (Room D4-113, Tel , john.walmsley@sintef.no)

4 Oppgaver vi tilbyr høst 2011: Nano-structure characterization as integral part of aluminium alloys development Composition of main hardening precipitates in aluminium alloys Studying heterostructured semiconducting nanowires TEM characterization of oxide thin films TEM characterization of functional Nanomaterials TEM studies of catalysts for future applications Processing and quantification of electron microscope images TEM characterization of quantum dot and Si solar cell materials For details see: eller arkene

5 Prosjekter vi arbeider med Aluminium (samarbeidspartnere) (IMT NTNU, Hydro Al, Raufoss, Rouen, Melbourne, Toyama, Tokyo Tech ) Halvledende nanotråder (IET NTNU) Katalyse (IKP NTNU, Statoil) TEM teknikker og metoder Solcellematerialer (IFY/IMT NTNU) Nanostaver og tynne filmer av funksjonelle oksider (IMT/IET NTNU) IMT= Insttitutt for Materialteknologi IKP= Institutt for prosesskjemi IET= Institutt for elektronikk og telekommunikasjon

6 Hva og hvorfor: et eksempel Utfellinger i aluminiumslegeringer meter millimeter micrometer nanometer Alloy design - Skreddersy materialer med ønskede egenskaper Hvordan starter det? Fysikk og kjemi møter materialteknologi og metallurgi.. Grunnleggende faststoff fysikk kimdanning, diffusjon og fasestabilitet. Relevant for norsk industri! Kan vi ved å tilsette andre elementer gjøre legeringen mer stabile ved høye temperaturer?

7 Herdende faser i AlMgSi -Mg 5 Si 6 Sammensetning ~98%Al ~ 0.5%Mg ~ 0.5%Si, ~0.2%Cu (Mg 5 Si 6 ) utfellinger med høy tetthet (10 4 / m ) nåler med størrelse 4nm x 4nm x 50 nm - Legeringer med Cu er sterkere enn de uten - Mg-rike legeringer med Cu har best termisk stabilitet Randi Holmestad, Calin Marioara, i samarbeid med Hydro Aluminium, SteerTec.. Jan Fredrik Helgaker, høst 2009

8 Sammensetning av herdende faser i Al legeringer - Dette er en helt teoretisk oppgave! Her skal du lære deg å bruke en DFT (density functional theory) kode som kalles VASP, for å sjekke energien til de forskjellige sammensetningene av de herdende fasene i Al-Mg-Si- legeringene. Ab initio kvantemekanisk modellering: Fredrik Martinsen, prosjekt høst 2010 Randi Holmestad, Flemming Ehlers, i samarbeid med Hydro Al..

9 Direct bandgap semiconductor nanowires. - Optical and electrical properties depend on crystal structure, morphology ( core-shell-insert ) and defects: TEM needed to understand features. - Cooperation with IET and Nanolab were synthesis, electrical & optical characterization and device implementation of nanowires is done. Examples from previous student s projects (Arnhild Jacobsen (2007), Sondre Grønsberg (2008), Maarten Maathuis (2009), Martha Schaeffler (2009), Vidar Fauske (2010/2011).

10 Possible projects GaAs nanowires høst 2011: (all in cooperation with NW group Weman/Fimland) 1) III-V nanowires for solar cell applications (Renergi, Topforsk. Groeth: IET, device processing NTNU Nanolab): - Optimizing growth on silicon substrates - Positioned growth of NWs - Core-shell NWs growth on silicon substrates - Creating pn junctions by selective doping 2) Direct relation optical / electrical properties and crystal structure: Contact persons: Ton van Helvoort (a.helvoort@ntnu.no), Jelena Todorovic (jelena.todorovic@ntnu.no) and Helge Weman (helge.weman@iet.ntnu.no).

11 TEM-karakterisering av nanostaver av funksjonelle oksider HREM Ved Institutt for materialteknologi syntestiserer de 1-dimensionale nanostaver av ferroelektriske materialer som BaTiO 3, PbTiO 3, TiO 2, (KNbO 3, BiFeO 3 ) Disse er for små til å se i lysmikroskop og SEM og TEM må til! TEM - Hvordan gror de? - Hvordan kan vi optimalisere synteseparametere? Ton van Helvoort, Randi Holmestad, samarbeid med Mari-Ann Einarsrud, Tor Grande, Institutt for materialteknologi 5 nm (d) PbTiO 3 TEM Diplomarbeid Åsmund Almli 2008 SEM 100 nm ADF FIB specimen og TEM Bjørn Soleim 2010

12 TEM karakterisering av oksyd tynnfilmer I oksydelektronikk-gruppa ved institutt for elektronikk og telekommunikasjon har de fokus på effekt av grenseflater i ferroelektriske og piezoelektriske materialer. Målet er å forstå hvordan grenseflatene kan brukes til å kontrollere egenskaper for applikasjoner innen sensorteknologi. Nylig har de begynt å studere hvordan utnytte 2- dimensjonale-elektron gass mellom SrTiO 3 og LaAlO 3. Tynn filmene er laget ved Pulsed Laser Deposition (PLD) teknikker. PbTiO 3 Interface dislocations Bilder fra Yingda Yu LaFeO 3 Oppgaven her er å lage gode TEM prøver og studere grenseflatene for å forstå egenskapene. Contact persons: Randi Holmestad (randi.holmestad@ntnu.no) and Thomas Tybell (thomas.tybell@fysel.ntnu.no). Diplomarbeid Espen Eberg (PbTiO 3 ) and Åsmund Monsen (LaFeO 3 ), 2007

13 TEM-studier av katalysepartikler Størrelse og struktur på partiklene, samt hvordan de sprer seg, er viktig for hvordan katalysatoren virker! TEM- Au partikler på CeLaO x STEM-HAADF Au partikler på TiO 2 3D avbilding av Co på Al 2 O 3 TEM- Au partikler på TiO 2 Bilder tatt av Vidar Gunnarsson, diplom 2007 John Walmsley, samarbeid med De Chen, Anders Holmen og Magnus Rønning, Institutt for prosesskjemi

14 Sammendrag prinsipp TEM oppgave: Material-fysikk Teori/modeller Atom- /mikrostruktur Makroskopiske egenskaper Eksperimenter utfellinger - styrke bindinger - formbarhet gitterfeil - optiske /elektroniske egenskaper grenseflater/domener - elektriske egenskaper TEM kan gi svar på et vidt spekter av materialspøsmål fra mikronivå og helt ned til atomnivå.

15 TEM karakterisering av kvanteprikker i mellombånd Solcellematerialer (usikker høst 2011) Det forskes i dag mye for å finne nye materialer for solceller. Ved Instituttet vårt har vi en stor aktivitet på mellom- Bånd solcellemetarialer med kvanteprikke Form, tetthet og størrelse av kvanteprikkene bestemmer egenskapene til materialet. Også gitterfeil og dislokasjoner er viktige. Både grodde materialer og ferdige solceller kan studeres. Å lage gode prøver for TEM vil være en viktig del av oppgaven. Prosjekt, Magnus Nord høst 2010 Kontakter: Randi Holmestad (randi.holmestad@ntnu.no) Ranhild Sæterli (ragnhild.saterli@ntnu.no) Turid W Reenaas (john.walmsley@sintef.no) Per Erik Vullum (per.erik.vullum@sintef.no)

16 Undersøkelser av mikrostrukturer som reduserer effektiviteten på silisium solceller Diplomarbeid, Mari Horvli 2009 Dette studiet vil være i nært samarbeid med Institutt for materialteknologi og SINTEF Effektiviteten i solceller reduseres av urenheter, utfellinger og defekter i silisium. Vi må finne ut hvor partiklene er, og hvordan dislokasjoner formes. (usikker høst 2011) (a) (d ) (e ) SiO 2 Metallic precipitat e Contaminate d, EBIC contrast Ni Fe Co PhD, Heidi Nordmark 2009 Kontakter: Randi Holmestad (randi.holmestad@ntnu.no), John Walmsley (john.walmsley@sintef.no), Heidi Nordmark (heidi.nordmark@sintef.no), Marisa Di Sabatino (Marisa.Di.Sabatino@sintef.no), Per Erik Vullum (per.erik.vullum@sintef.no), (c ) (b ) Clean, no EBIC contrast