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Projekt
Modellierung und Synthese der Adsorptions- und Reaktionsschichten
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556252784
Durch Kombination quantenmechanischer Simulationen und der Charakterisierung künstlicher Reaktionsschichten sowie Adsorptionslagen werden Phasenbildung und Eigenschaften von Reaktionsschichten als Funktion der chemischen Zusammensetzung erforscht. Das Teilprojekt besteht aus zwei verbundenen Unterprojekten jeweils simulativ-experimenteller Natur. Im ersten Unterprojekt (AP 1 bis 3) wird die Adsorptionsenergie ausgewählter ZDDP-Zersetzungsprodukte auf Modell-Reaktionsschichtoberflächen dichtefunktionaltheoretisch (DFT) berechnet. Durch ab initio-Molekulardynamik (AIMD) wird zudem die Temperaturabhängigkeit der lokalen Bildung von ZDDP-Adsorptionsprodukten untersucht, um die atomistische Grenzschichtbildung theoretisch zu beschreiben. Zur Validierung werden zudem ZDDP-Adsorptionsschichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung im Hochvakuum (PVD) synthetisiert und bzgl. chemischer Adsorbat-Substrat-Interaktion und Flächendeckung mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) charakterisiert. Im zweiten Unterprojekt (AP 4 bis 6) soll durch Vergleich der Reaktionsschichtbildungsenergien die experimentell beobachtete Phasenbildung als Funktion der chemischen Zusammensetzung verstanden werden. Die Druck- und Temperaturabhängigkeit der Phasenbildung wird mittels elastischer Konstanten aus DFT-Rechnungen und Gitterdynamikrechnungen berücksichtigt. Daten aus der hochaufgelösten Charakterisierung realer Grenzschichten (TP6, TP7) werden kontinuierlich zur Verbesserung der Simulationsmodelle genutzt. Zusätzlich werden auch Modell-Reaktionsschichten mittels kombinatorischer PVD hergestellt und ihre elastischen Eigenschaften (Nanoindentation), chemischen Bindungsverhältnisse (XPS) und Struktur (Elektronenrückstreubeugung) charakterisiert; die lokale chemische Zusammensetzung entspringt der Atomsondentomographie (TP7). Darüber hinaus wird die Wärmeleitfähigkeit der Modell-Reaktionsschichten mittels zeitaufgelöster Thermoreflexion (TDTR) (extern) gemessen und mit ab initio-Gitterdynamikansätzen berechnet. Durch kombinatorische Bestimmung der zusammensetzungsabhängigen elastischen Eigenschaften und Wärmeleitfähigkeit soll eine verbesserte Reaktionsschicht für reale Anwendungen identifiziert werden. Simulation (IAC) und Experiment (MCh) werden dabei iterativ genutzt: die Materialauswahl für die kombinatorische Synthese erfolgt quantenmechanisch geführt, während anhand der Analytik synthetisierter Dünnschichten das Simulationsmodell verfeinert wird.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
