Small nickel metal particles in Ni---Al2O3 metal-ceramic composites

Magnetic measurements have been used in combination with transmission electron microscopy to investigate small nickel metal particles in metal-ceramic composites. Estimates of the average number of atoms in the particles are given for nonmagnetic samples with low Ni content.

Size-selective investigations of spectral and emission properties of small particles and nanotubes

In dieser Arbeit wurde die Elektronenemission von Nanopartikeln auf Oberflächen mittels spektroskopischen Photoelektronenmikroskopie untersucht. Speziell wurden metallische Nanocluster untersucht, als selbstorganisierte Ensembles auf Silizium oder Glassubstraten, sowie ferner ein Metall-Chalcogenid (MoS2) Nanoröhren-Prototyp auf Silizium. Der Hauptteil der Untersuchungen war auf die Wechselwirkung von fs-Laserstrahlung mit den Nanopartikeln konzentriert. Die Energie der Lichtquanten war kleiner als die Austrittsarbeit der untersuchten Proben, so dass Ein-Photonen-Photoemission ausgeschlossen werden konnte. Unsere Untersuchungen zeigten, dass ausgehend von einem kontinuierlichen Metallfilm bis hin zu Clusterfilmen ein anderer Emissionsmechanismus konkurrierend zur Multiphotonen-Photoemission auftritt und für kleine Cluster zu dominieren beginnt. Die Natur dieses neuen Mechanismus` wurde durch verschiedenartige Experimente untersucht. Der Übergang von einem kontinuierlichen zu einem Nanopartikelfilm ist begleitet von einer Zunahme des Emissionsstroms von mehr als eine Größenordnung. Die Photoemissions-Intensität wächst mit abnehmender zeitlicher Breite des Laserpulses, aber diese Abhängigkeit wird weniger steil mit sinkender Partikelgröße. Die experimentellen Resultate wurden durch verschiedene Elektronenemissions-Mechanismen erklärt, z.B. Multiphotonen-Photoemission (nPPE), thermionische Emission und thermisch unterstützte nPPE sowie optische Feldemission. Der erste Mechanismus überwiegt für kontinuierliche Filme und Partikel mit Größen oberhalb von mehreren zehn Nanometern, der zweite und dritte für Filme von Nanopartikeln von einer Größe von wenigen Nanometern. Die mikrospektroskopischen Messungen bestätigten den 2PPE-Emissionsmechanismus von dünnen Silberfilmen bei „blauer“ Laseranregung (hν=375-425nm). Das Einsetzen des Ferminiveaus ist relativ scharf und verschiebt sich um 2hν, wenn die Quantenenergie erhöht wird, wogegen es bei „roter“ Laseranregung (hν=750-850nm) deutlich verbreitert ist. Es zeigte sich, dass mit zunehmender Laserleistung die Ausbeute von niederenergetischen Elektronen schwächer zunimmt als die Ausbeute von höherenergetischen Elektronen nahe der Fermikante in einem Spektrum. Das ist ein klarer Hinweis auf eine Koexistenz verschiedener Emissionsmechanismen in einem Spektrum. Um die Größenabhängigkeit des Emissionsverhaltens theoretisch zu verstehen, wurde ein statistischer Zugang zur Lichtabsorption kleiner Metallpartikel abgeleitet und diskutiert. Die Elektronenemissionseigenschaften bei Laseranregung wurden in zusätzlichen Untersuchungen mit einer anderen Anregungsart verglichen, der Passage eines Tunnelstroms durch einen Metall-Clusterfilm nahe der Perkolationsschwelle. Die elektrischen und Emissionseigenschaften von stromtragenden Silberclusterfilmen, welche in einer schmalen Lücke (5-25 µm Breite) zwischen Silberkontakten auf einem Isolator hergestellt wurden, wurden zum ersten Mal mit einem Emissions-Elektronenmikroskop (EEM) untersucht. Die Elektronenemission beginnt im nicht-Ohmschen Bereich der Leitungsstrom-Spannungskurve des Clusterfilms. Wir untersuchten das Verhalten eines einzigen Emissionszentrums im EEM. Es zeigte sich, dass die Emissionszentren in einem stromleitenden Silberclusterfilm Punktquellen für Elektronen sind, welche hohe Emissions-Stromdichten (mehr als 100 A/cm2) tragen können. Die Breite der Energieverteilung der Elektronen von einem einzelnen Emissionszentrum wurde auf etwa 0.5-0.6 eV abgeschätzt. Als Emissionsmechanismus wird die thermionische Emission von dem „steady-state“ heißen Elektronengas in stromdurchflossenen metallischen Partikeln vorgeschlagen. Größenselektierte, einzelne auf Si-Substraten deponierte MoS2-Nanoröhren wurden mit einer Flugzeit-basierten Zweiphotonen-Photoemissions-Spektromikroskopie untersucht. Die Nanoröhren-Spektren wiesen bei fs-Laser Anregung eine erstaunlich hohe Emissionsintensität auf, deutlich höher als die SiOx Substratoberfläche. Dagegen waren die Röhren unsichtbar bei VUV-Anregung bei hν=21.2 eV. Eine ab-initio-Rechnung für einen MoS2-Slab erklärt die hohe Intensität durch eine hohe Dichte freier intermediärer Zustände beim Zweiphotonen-Übergang bei hν=3.1 eV.

A study of chemically prepared small metal clusters in the nonmetallic regime

Small gold clusters [mean diameter (d)[less, similar] 1.4 nm], unlike larger clusters, show a higher Au(4f) binding energy relative to the bulk value and the presence of a conductance gap in tunnelling measurements, just as the molecular cluster compound, Au55(PPh3)12Cl6; small platinum clusters show similar nonmetallic features.

Fe-Cr/Al2O3 metal-ceramic composites: Nature and size of the metal particles formed during hydrogen reduction

Fe-Cr/Al2O3 metal-ceramic composites prepared by hydrogen reduction at different temperatures and for different periods have been investigated by a combined use of Mossbauer spectroscopy, x-ray diffraction, transmission electron microscopy, and energy-dispersive x-ray spectroscopy in order to obtain information on the nature of the metallic species formed. Total reduction of Fe3+ does not occur by increasing the reduction time at 1320 K from 1 to 30 h, and the amount of superparamagnetic metallic species is essentially constant (about 10%). Temperatures higher than 1470 K are needed to achieve nearly total reduction of substitutional Fe3+. Interestingly, iron favors the reduction of chromium. The composition of the Fe-Cr particles is strongly dependent on their size, the Cr content being higher in particles smaller than 10 nm.

Fe–Cr/Al2O3 metal-ceramic composites: Nature and size of the metal particles formed during hydrogen reduction

Fe-Cr/Al2O3 metal-ceramic composites prepared by hydrogen reduction at different temperatures and for different periods have been investigated by a combined use of Mössbauer spectroscopy, x-ray diffraction, transmission electron microscopy, and energy-dispersive x-ray spectroscopy in order to obtain information on the nature of the metallic species formed. Total reduction of Fe3+ does not occur by increasing the reduction time at 1320 K from 1 to 30 h, and the amount of superparamagnetic metallic species is essentially constant (about 10%). Temperatures higher than 1470 K are needed to achieve nearly total reduction of substitutional Fe3+. Interestingly, iron favors the reduction of chromium. The composition of the Fe-Cr particles is strongly dependent on their size, the Cr content being higher in particles smaller than 10 nm.

Fine scale structures from deformation of aluminium containing small alumina particles

Microstructures and mechanical properties have been studied in aluminium containing a fine dispersion of alumina particles, deformed by cold-rolling to strains between 1.4 and 3.5. The microstructure was characterised by TEM. The deformation structures evolved very rapidly, forming a nanostructured material, with fine subgrains about 0.2 μm in diameter and a fraction of high-angle boundaries which was already high at a strain of 1.4, but continued to increase with rolling strain. The yield stress and ductility of the rolled materials were measured in tension, and properties were similar for all materials. Yield stress measurements were correlated with estimates made using microstructural models. The role of small particles in forming and stabilising the deformation structure is discussed. This nanostructured cold-deformed alloy has mechanical properties which are usefully enhanced at comparatively low cost. This gives it, and similar particle-strengthened alloys, good potential for commercial exploitation. © 2002 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Sheets of Large Superhydrophobic Metal Particles Self Assembled on Water by the Cheerios Effect

A copper-rich cereal: Superhydrophobic copper particles show a very large Cheerios effect and rapidly self-assemble into robust sheets on the surface of water. These sheets can support objects (including water drops, see photo) placed on them, even though the irregular geometry of the particles means that they contain macroscopic holes.

The partially reversible formation of Li-metal particles on a solid Li electrolyte:applications toward nanobatteries

The feasibility of large-scale implementation of Li-air batteries (LABs) hinges on understanding the thermodynamic and kinetic factors that control charge-discharge rates, efficiency and life times. Here, the kinetics of bias-induced reactions is explored locally on the surface of Li-ion conductive glass ceramics, a preferred electrolyte for LABs, using direct current-voltage and strain spectroscopies. Above a critical bias, particle growth kinetics were found to be linear in both the bias and time domains. Partial reversibility was observed for Li particles as evidenced by the presence of anodic peaks following the Li(+) reduction, as well an associated reduction in particle height. The degree of reversibility was highest for the smallest particles formed. These observations thus suggest the possibility of producing nanobatteries with an active anode volume of the order of 0.1 al.