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Oberflächentechnik (Subject) / Oberflächentechnik (Lesson)

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• häufigste Methode Rauigkeit messen mechanische Tastschnittverfahren Bsp. Perthometer = mech. Taster, der mit Spitze Weg abfährt & Höhenschwankungen misst (Näherungswerte)
• Vorteile und Nachteile konventioneller Rauigkeitsmessung Vorteile: keine hohen Ansprüche an Abstraktion Nachteile: "Steile Sclhuchten" - schmaler als Testnadel, diese kommt nicht bis unten hin(gaukelt weniger steile Ebene vor) Steile der Abhänge wird nicht gemssen (keine periodischen Höhenschwankungen. So als würde nur Mount Everest und Totes Meer bestehen. )
• welche alternative zu herkömmlicher Rauigkeitsmessung optische Messung Glanzmessung = Visuelle Messung des reflektierten Lichts (hochglanz=reflektion in Hauptreflexionsrichtung, matt = diffuse Streuung) Streifenlichttopometrie: geometrische Methode der optischen Abstandsmessung
• Wofür wird Streifenlichttopometrie angewendet und auf was basiert Anwendung: virtuelle Modelle in der Industrie, Medizin, Bodyscans... basiert auf Phasenmessende Triangulation: Streifenförmiges Muster wird auf Objekt projeziert aus verschiedenen Pixel setzt sich Zeitfolge von unterschiedlichen Helligkeitswerten zusammen berechnen der 3 dimensionalen Koordiaten der Oberfläche - Modellbildung
• Was ist ein Fraktal natürliche oder künstliche geometrische Muster Objekte sind in unterschiedlichen Größen selbstähnlich gebrochene Dimensionen (nicht ganzzahlig)
• Was ist die fraktale Dimension einer Oberfläche D= N~1/LD
• Fraktale Anwendung Fraktale Antenne (mehr Drahtlänge auf kleinem Raum) synthetisches Gebirge Erkennen der Blutversorgung von Tumoren Design Amoeln, Schilder = Mensch guckt fraktal
• Was ist Selbstähnlichkeit und wo tritt sie auch die Eigenschaft dass Objekte bei Vergrößerung die gleiche oder ähnliche Strukturen/Geometrie aufweisen wie in der Anfangszustand Küsten Blumenkohl Romanesco Hirschgeweih Farne Äste Lunge
• Welche Rolle spielt das Matryoschka limit bei selbstähnlichen Oberflächen =gibt eine minimale größe bis zu der Selbstähnlichkeit beobachtet werden kann Material ist nicht uneendlich teilbar - kleiner als Atome kann man nicht noch weiter
• Grundlagen der Nanotechnologie Herstellung und Anwendung von Strukturen unter 100nm entspricht dem Durchmesser eines Moleküls aus 10 Atomen Nanostrukturen sind zB: Aerogele, Nanopartikel, Kohlenstoffnanoröhren, photonische Kristalle
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• Ziele der Nanotechnologie mögliche Veränderungen der Leitfähigkeit, des magnetischen Verhaltens, des Schmelzpunktes und Siedepunktes, der Zähigkeit, Bruchfestigkeit, Farbe ect.
• Strukturen von Nanopartikeln -Aerogele, Photonischer Kristall, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhre, Nanopartikel
• Mit welchen Verfahren Nano Strukturen sichtbar machen Elektronenmikroskop: glühender Wolframdraht erzeugt Elektronen, die im elektr. Feld beschleunigen. Linsensystem aus elektromagneten bündeln Elektrohnenstrahl. Elektronenenergie wird in sichtbares Licht ungewandelnt transmissions elektronenmikroskop Rasterelektronenmikroskop Rasterkraftmikroskop Rastertunnelmikroskop
• unterscheiden bottom up, top down und beispiele Bottom up: Aufbau komplexer Strukturen aus einzelnen Atomen oder Molekülen (Bsp. Sol Gel Verfahren, Gasphasensynthese) Top Down. Erzeugen nanoskaliger Strukturen durch Verkleinerung bzw. ultapräzise Materialverarbeitung Bsp. Oulver mit Kugelmühle zerkleinern oder Strukturierung mit Stempeltechniken
• Was ist ein Sol? Wie kann Sol zu Gel werden = 1 Stoff mit Teilchengröße 1nm-1000nm in anderem Stoff gleichmäßig verteilt ("schweben") Polymerisation des Sols und Lösemittelentzug. Hier sind alle Nanoteilchen in ein Netzwerk eingebaut und miteinander verbunden
• Wie funktioniert die Gasphasensynthese Ausgangsstoffe sind: Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten Nukleation: Bildung eines kleinen Komplexes (Primärteilchen), dessen Oberfläche durch Atomanlagerung schnell vergrößert Wachstum Vorläuferteilchen stoßen aneinander Aggregation: Verwachsen der Teilchen zu Nanomaterialien dabei geht vorgang von heiß zu kalt
• Welche Gasphasenreaktoren in Industrie und welcher wichtig für beschichtung von mikro und nano Flammenreaktor: Herstellung Metalloxid-Nanopulver in großen Mengen&Reinheit Heißwandreaktor für gleichzeitiges Beschichten Plasmareaktor: Gase in Plasma umwandeln
• CVP und PVD beschreiben Chemische Gasphasenabscheidung: mind. Gas aus 2 flüchtigen Verbindungen wird mit Prozessgas in Reaktionskammer gegeben. Werkstück ist beheizt damit chem. Reaktion ablaufen kann. Eine Komponente das Gas lagert sich am Werkstück an (Metall) während die andere Komponente mit dem Prozessgas reagiert und ausgeschieden wird. Substrat (Metall) lagert sich an allen freien stellen an und somit Beschichtung PVD: Beschichtungsmaterial wird in Beschichtungsammer mit Laser, Iionen, Elektronen oder Lichtbogen verdampft bei Unterdruck (sonst Kondensiert zu früh). Durch elektr. Felder wird Dampf zum werkstück geleitet und lagert sich durch Kondenation auf werktück ab Werktstück drehen damit keine Fläche ausgelassen wird
• Was ist Ferrofluid = Flüssigkeiten die auf magnetische Felder reagieren ohne zu verfestigen =bestehen aus wenigen nm großen magnetischen Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert sind
• Lotus Effekt - Makro- und Mikrostrukturen mit Nanowachskristallen auf der Oberfläche (hydrophob) Luft wird zwischen hydrophoben Wachskristallen und Wassertropfen eingeschlossen = sehr kleine Kontaktfläche zwischen Blatt und Wasser Schmutz hat höhere Affinität zum Wasser als zur superhydrophoben Fläche und wird mitgenommen
• Von was hängt die Benetzung eines Stoffes mit Wasser ab Abhängig vom Verhältnis Grenzflächenspannung Wasser/Luft, Festkörper/Wasser und Festkörper/Luft =Fläche mit hoher Grenzflächenspannung werden besser benetzt (Glasplatte) als mit niedriger (Wachspapier)
• Warum wird ein Filter aus Fasermaterial umso wirkvoller je dünner die Fasern sind je dünner sie sind, desto länger sind sie und desto mehr Filterfläche bieten sie -->Nanofasern als hauchdünne Schicht auf den Filter = hohe Verbesserung
• Nenne sie weitere ANwendungen der Nanotechnologie Industrie: Titandioxid-Nanoteilchen nutzen Lichtenergie = Katalysator Siliziumdioxid teilchen als Verdickungsmittel für Kunststoffe Halbleiterteilchen drucken Kosmetika: UV Schutz in Sonnencreme durch Nanoteilchen erhöhen Power Flammschutz: Nanobetonit quillt leicht durch Wasser und ordnet sich in Plättchen an die nur 1nm dick sind = Einsatz in Kunststoffen als Flammschutz
• Wleche nanotechnologische Verfahren zur Beschichtung PVD Verfahren: a) Sputtern (Kathodenzerstäubung): Festkörper mit energiereichen Ionen beschießen und Atome rauslösen & in Gasphase überführen = legen sich auf Werkstück  (Zerstäuben des Beschichtungsmaterial CVD Verfahren
• welche beispiele von natürlichen Plasmen kenn sie 99% der sichtbaren Materie im Universum Blitze Polarlicht Licvhtkranz bei Sonnenfinsternis
• Wann entsteht ein Plasma bei der ionisierung von Gasen: Energiezufuhr sorgt für kritische Anzahl an Elektronen die Atomhülle verlassen -->Ergebnis sind poisitv geladene Ionen umgeben von freien Elektronen
• Wie können Oberflächen durch PVD beeinflusst werden Verringern von Verschleiß und Reibung Wärmedämmung, Sonnenschutz Optische Schichten (Chrom) Dünnschichtsolarzellen Schichten für Displaytechnik
• Wa sist SPuttern? Prinzip =Kathodenzerstäubung Festkörper beschießen mit energierecihen Ionen (vowiegend Edelgas) und somit herauslösen von Atomen. Diese in Gasphase bringen =Zerstäuben des Materials im Vakuum sodass es sich auf Substrat als Schicht niederlegt
• Wie werden Plasmaverfahren zur Modifizierung von Oberflächen eingesetzt Plasmaenergie verändert wichtige Oberflächeneigenschaften wenn es auf Festkörper trifft bewirkt relevante, exakt steuerbare Erhöhung der Adhäsionsfähigkeit  und Benetzbarkeit --> Kann somit umweltfreundliche, Lösungsmittelfreie Lacke und Klebstoffe einsetzen PLasmareinigungSchmutzpartikel reagieren chem. mit Plasma und werden entfernt (werden in Gasphase umgesetzt und im Gasstrom abgetragen) Aktivierung: Erzeugen von Radikalstellen auf dem Kunststoff durch reaktive Spezies im Plasma. = es bilden sich funktionelle Gruppen (Verankerungspunkte für Beschichtungen) Beschichtung: Zuführen von Monomeren in den Plamsaprozess werden hauchdünne Schichten erzeugt
• In welchen (fast reinen) Modifikationen kann Kohlenstoff vorliegen Diamant Graphit Fulleren
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• Eigenschaften Diamant - Moh Härteskala 10. Stufe (härtester Stein) -Starke kovalente Bindungskräfte zw. tetraedisch koordinierten Kohlenstoffatomen mit C-C Abständen von 154pm sprödes Material gut spaltbar aufgrund von Oktaedrischer Kristallfläche leicht zu pulverisieren fabrlos durchsichtig Verunreinigung durch Aluminium, Titan färbt blau, schwarz,....
• Wie werden Diamantbeschichtungen gemacht +name Künstliche Diamanten Graphit bei 6 Gigapascal pressen , >1500°C für eine Woche: Kohlenstoffe schließenn sich tetraedisch zum Diamanten zusammen Beschichten mit Plasma oder CVD
• Vergleichen molekulare Struktur Diamant, Graphit, FUllerene Diamant = tetraedisch Fulleren = Buckyball Grpahit = hexagonales Kristallsystem
• Wie ist der Buckyball aufgebaut Hohlmolekül und Anordnung in Hexagon und Pentagonen
• Beschreiben Sie die Struktur von Graphit reiner Kohlenstoff im Hexagonales Kristallsystem kristallisiert Ebenen laufen parallel und liegen als "Basalebenen" oder "Graphen Schichten" vor Schicht = kovalente verknüpfte Sechsecke
• Was versteht man unter Graphen 1 abgespaltene Schicht von Prahit (2dimensionale/bienenwachsförmige Struktur mit je 2 Doppelbindungen = Verkettung von Benzolringen)
• Wie kann Graphen hergesellt werden Klebestreifen auf Grpahitfläche pressen, abziehen, auf Fotolack beschichteten Silizium Wafer und nochmal abziehen = Grpahitpartikel bleiben auf Fotolack zurück
• Nenne Sie Allotrope von Graphen eindimensionale Kohlenstoffnanoröhre (armchair, Chiral, Zig,Zag) nulldimensionale Fullerene =aufgerollte Graphenstreifen und Graphenstücke
• Eigenschaften Graphen Kristalle innerhalb der Fläche außerordentlich fest und steif sehr leicht fast durchsichtig hohe elektr. leitfähigkeit sehr biegsam
• mögliche Anwendungsgebiete Graphen Akkus künstliche haut knochenwachstum Computerchips Solarzellen Werables Bewegungsmelder VR Technologie

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