Ambient effects on the electrical conductivity of carbon nanotubes

We show that the electrical conductivity of single walled carbon nanotubes (SWCNT) networks is affected by oxygen and air humidity under ambient conditions by more than a magnitude. Later, we intentionally modified the electrical conductivity by functionalization with iodine and investigated the changes in the band structure by optical absorption spectroscopy.Measuring in parallel the tubes electrical conductivity and optical absorption spectra, we found that conduction mechanism in SWCNT is comparable to that of intrinsically conducting polymers. We identified, in analogy to conducting polymers, in the infrared spectra a new absorption band which is responsible for the increased conductivity, leading to a closing gap in semiconducting SWCNT.We could show that by different functionalizations of the same SWCNT starting material the properties like conductivity can be dramatically changed, leading to different imaginable applications. We investigated here, an ultraviolet sensor with weakly modified SWCNT

Harte Kohlenstoffschichten und umweltfreundliche Schmierstoffe - eine passende Kombination

Diamantartige Kohlenstoffschichten (DLC), insbesondere deren härteste Variante ta-C (tetraedrisch amorpher Kohlenstoff), zeichnen sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit gepaart mit niedrigen Reibungskoeffizienten selbst unter ungeschmierten Bedingungen aus. Für Anwendungen mit kleiner und mittlerer Belastung sind ta-C beschichtete Gleitpaarungen bereits in schmierstofffreien Anwendungen anzutreffen. Aber auch für Gleitpaarungen unter hohen Belastungen, wo Schmierstoffe aufgrund der Funktionseigenschaften Kühlung, Dämpfung und Korrosionsschutz nicht wegzudenken sind, spielen harte Kohlenstoffbeschichtungen eine zunehmende Rolle. Für mineralölbasierte Schmierstoffe ist das tribologische Verhalten verschiedener DLC-Schichten umfassend beschrieben worden. Weniger bekannt ist hingegen, welche tribologischen Eigenschaften die Kohlenstoffschichten in Wechselwirkung mit umweltfreundlichen Schmierstoffen wie Pflanzenöle und Wasser-basierte Fluide zeigen. Für die Aufklärung der Zusammenhänge wurden im Oszillationstribometer Versuchsreihen mit verschiedenen Fettsäuren, Fettsäureestern und unterschiedlichen wässrigen Lösungen an ta-C Schichten durchgeführt. Die meisten der Versuche fanden in der Kombination ta-C vs. Stahlkugel statt, es wurden jedoch auch ergänzende Versuche mit ta-C vs. ta-C Paarung durchgeführt. Für jeden Versuch wurde der Reibungsverlauf sowie nachträglich der Verschleißkoeffizient der Schicht bestimmt. Im Ergebnis der Tribometermessungen zeigte sich, dass in nahezu allen Fällen mit ta-C Schichten ein signifikant besseres tribologisches Verhalten als mit einem Stahl/Stahl-Kontakt erreicht wird. Für alle wässrigen Lösungen ergibt sich ein recht einheitliches Bild des tribologischen Verhaltens, nahezu unabhängig von der Art der Lösung. Bei Fettsäuren und Fettsäureestern hingegen zeigen sich signifikante Unterschiede. Es kann gezeigt werden, wie sich die Kettenlänge, die Sättigung (Doppelbindung ja/nein) und der sterische Einfluss auf Reibung und Verschleiß auswirken. Sowohl mit bestimmten Fettsäuren als auch Fettsäureestern wurden mit ta-C-Schichten Reibwerte im Superlubricity-Bereich gemessen. Durch begleitende analytische Untersuchungen an den tribologischen Kontaktflächen können Zusammenhänge zwischen Schmierstoffchemie und den offenbar beteiligten tribologischen Mechanismen hergestellt werden

Evaluation of super hard ta-C coatings for the machining of synthetic materials: Presentation held at 45th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, ICMCTF 2018, April 23-27, 2018, San Diego

The superhard ta-C carbon coatings are outstandingly suited as friction-reducing protective coatings for lubricated and non-lubricated application conditions. They can be deposited on all kinds of tools and components with very good adhesion over a wide coating thickness range. The coating is applied with the Laser-Arc technology, particularly developed for ta-C coatings. In order to obtain a high ta-C coating quality with low defect densities, a plasma filtering technique is used. With hardness of up to 70 GPa, ta-C coatings nearly reach the hardness of nanocrystalline diamond coatings. This results in an unusually high resistance to abrasive wear, above all in the machining of challenging composite materials. At the same time, the carbon surface reduces adhesion of material and causes very low friction between the tool edge and the cutting chips. The combination of hardness and low friction provides ta-C coatings with a special advantage for the processing of composite materials

Specific aspects of roughness and interface diffusion in non-periodic Mo/Si multilayers

Most of the currently used reflective coatings for EUV and X-ray mirrors are periodic nanometer multilayers. Depending on the number of periods and the absorption in the multilayer stack a certain band width of the incoming radiation can be reflected. In order to increase the integral reflectance or to accept larger ranges of incidence angles, non-periodic multilayers are needed. With the transition from periodic to non-periodic multilayers new challenges arise for the deposition process. Since the reflectance spectra are sensitive to every single layer thickness a precise coating control and an exact knowledge of the interface reactions are required. Furthermore substrate roughness influences the reflectance spectra. With an advanced coating process using additional ion bombardment during thin film growth the integrated reflectance of broadband mirrors can be conserved even for an initial substrate roughness of about 0.7 nm rms

Optical absorption spectroscopy and properties of single walled carbon nanotubes at high temperature

Here, we present an experimental investigation of the optical spectra of single walled carbon nanotubes (SWCNT) at temperatures up to 1273 K. This investigation gives insights into the electronic structure of metallic and semiconducting SWCNT at different temperatures by measuring the shift of the S11-, S22- and M11-band with optical absorption spectroscopy. We observed a decrease of the transition energies in both metallic and semiconducting SWCNT with increasing temperature determined by the shift of the S11-, S22- and M11-absorption bands. The shifts follow the Varshni-equation. Furthermore, calculation of the average exciton binding energy (80–90 meV) in metallic SWCNT from the shift of the M11-band was performed. We demonstrate in this paper, that the optical absorption spectroscopy is an effective tool for characterisation of the electrical properties and structure of SWCNT

Neuartige reaktive Multilayersysteme für die Mikroverbindungstechnik

Reaktive Multilayersysteme (RMS) bieten das Potenzial, die für einen Fügeprozess notwendige Wärmemenge lokal innerhalb der Fügezone für einen sehr kurzen Zeitraum zur Verfügung zu stellen. Damit ist es möglich, unterschiedlichste Werkstoffkombinationen spannungsarm und mit minimaler thermischer Belastung miteinander zu fügen. Als Ergebnis der Forschungen konnten die Herstellung großflächiger, freistehender RMS gezeigt sowie Belotungs- und Strukturierungsverfahren zur Herstellung anwendungsbereiter Preforms entwickelt werden. Es wurden verschiedene RMS-Systeme sowie Benetzungs- und Lotschichten mittels Magnetron- Sputter-Deposition (MSD) abgeschieden. Diese Beschichtungstechnik zeichnet sich durch automatisierte Prozesse, höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit aus und ist im Hinblick auf die Kostenreduzierung aufskalierbar. Im Routinebetrieb können derzeit bis zu fünf Substrate der Abmessungen 430 mm×220 mm in einem Batch beschichtet werden. Neben dem am meisten genutzten mittelenergetischen System Ni/Al wurden im Projekt sowohl niedrigenergetische Materialsysteme, wie Ti/Al und Zr/Al als auch hochenergetische Systeme Ti/Si und Zr/Si untersucht, um thermoplastische Werkstoffe zu fügen und auch das Hartlöten zu ermöglichen. Zur Herstellung anwendungsbeieiter RMS-Preforms wurden Belotungs- und Strukturierungsverfahren erarbeitet. Zum Beloten der RMS auf Bauteil- und Folienebene wurden sowohl Sputterprozesse für die Inlineprozessierung als auch kostengünstige elektrochemische Verfahren untersucht. Nach Beendingung des Projekts ist es damit möglich, die Lote Sn, SnAg3,8Cu0,7, das silberbasierte Aktivlot IncusilABA (Wesgo Ceramics) sowie AlSi10 mit Dicken zwischen 1 m und 20 µm auf RMS abzuscheiden und für die reaktive Fügetechnologie nutzbar zu machen. Hinsichtlich der Strukturierung wurden neben einfachen Rollmesserstrukturierungen für den Labormaßstab auch serientaugliche Stanzverfahren sowie hochpräzise Laserstrahlstrukturierungsverfahren erarbeitet, welche sowohl kostengünstige als auch hochgenaue Strukturierungsverfahren abdecken

Effect of Energy and Temperature on Tetrahedral Amorphous Carbon Coatings Deposited by Filtered Laser-Arc

In this study, both the plasma process of filtered laser-arc evaporation and the resulting properties of tetrahedral amorphous carbon coatings are investigated. The energy distribution of the plasma species and the arc spot dynamics during the arc evaporation are described. Different ta-C coatings are synthesized by varying the bias pulse time and temperature during deposition. An increase in hardness was observed with the increased overlapping of the bias and arc pulse times. External heating resulted in a significant loss of hardness. A strong discrepancy between the in-plane properties and the properties in the film normal direction was detected specifically for a medium temperature of 120 °C during deposition. Investigations using electron microscopy revealed that this strong anisotropy can be explained by the formation of nanocrystalline graphite areas and their orientation toward the film’s normal direction. This novel coating type differs from standard amorphous a-C and ta-C coatings and offers new possibilities for superior mechanical behavior due to its combination of a high hardness and low in-plane Young’s Modulus

Point focusing with flat and wedged crossed multilayer Laue lenses

Point focusing measurements using pairs of directly bonded crossed multilayer Laue lenses (MLLs) are reported. Several flat and wedged MLLs have been fabricated out of a single deposition and assembled to realise point focusing devices. The wedged lenses have been manufactured by adding a stress layer onto flat lenses. Subsequent bending of the structure changes the relative orientation of the layer interfaces towards the stress-wedged geometry. The characterization at ESRF beamline ID13 at a photon energy of 10.5 keV demonstrated a nearly diffraction-limited focusing to a clean spot of 43 nm × 44 nm without significant side lobes with two wedged crossed MLLs using an illuminated aperture of approximately 17 µm × 17 µm to eliminate aberrations originating from layer placement errors in the full 52.7 µm × 52.7 µm aperture. These MLLs have an average individual diffraction efficiency of 44.5%. Scanning transmission X-ray microscopy measurements with convenient working distances were performed to demonstrate that the lenses are suitable for user experiments. Also discussed are the diffraction and focusing properties of crossed flat lenses made from the same deposition, which have been used as a reference. Here a focal spot size of 28 nm × 33 nm was achieved and significant side lobes were noticed at an illuminated aperture of approximately 23 µm × 23 µm

Ptychography with multilayer Laue lenses

Two different multilayer Laue lens designs were made with total deposition thicknesses of 48 mu m and 53 mu m, and focal lengths of 20.0 mm and 12.5 mm at 20.0 keV, respectively. From these two multilayer systems, several lenses were manufactured for one-and two-dimensional focusing. The latter is realised with a directly bonded assembly of two crossed lenses, that reduces the distance between the lenses in the beam direction to 30 mm and eliminates the necessity of producing different multilayer systems. Characterization of lens fabrication was performed using a laboratory X-ray microscope. Focusing properties have been investigated using ptychography