Nanoscale metal-hydrogen systems

Was passiert mit einem Metall, wenn es in seiner Größe reduziert wird? Welche Änderungen sind zu erwarten, was ist zu berücksichtigen? Am Beispiel der Metall-Wasserstoff-Systeme (M-H-Systeme) werden hier Antworten zu diesen Fragen gegeben. Eine breite Palette von materialphysikalischen Experimenten zu dünnen Schichten, Vielfachschichten und Clustern von wenigen Nanometern Größe werden vorgestellt. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf mechanische Spannungen und Mikrostruktur (inklusive der Oberflächen) der jeweiligen Probe diskutiert. Der wichtige Einfluss des Stabilisators auf die physikalischen Eigenschaften des nanoskaligen Systems wird belegt indem zunächst gezeigt wird, dass die nach der linearen Elastizitätstheorie zu erwartenden mechanischen Spannungen (einige GPa) und Dehnungen in nanoskaligen M-H-Systemen tatsächlich auftreten. Viele Systeme können diesen dann aber durch Versetzungsbildung oder Ablösung vom Stabilisator ausweichen. Der Beitrag der Mikrostruktur (Korngrenzen, Versetzungen, Oberflächen, innere Grenzflächen) auf experimentell ermittelte Phasengrenzen wird abgeschätzt und es wird nachgewiesen, dass dieser Beitrag nicht zur Erklärung der experimentellen Daten genügt. Im Falle kleinster Cluster müssen neue Strukturen berücksichtigt werden, die die Phasendiagramme dieser M-H-Systeme deutlich verändern. Im Hinblick auf die zwei materialphysikalischen Schwerpunkte (Mikrostruktur und mechanische Spannungen) werden auch ältere Daten neu diskutiert, wobei für scheinbare Konflikte Lösungen angeboten werden. Das Buch gibt daher einen breiten Einblick in mögliche Veränderungen materialphyiskalischer Eigenschaften von M-H-Systemen durch die Nanoskalierung.What happens to a metal when its size is reduced? What changes are expected, what has to be taken into account? By taking the metal-hydrogen system (M-H-system) as model system this book tries to give some answers to these questions. A large variety of material physics experiments on thin films, multi layers and clusters of only several nanometers size is presented. The results are discussed with regard to mechanical stress and micro structure of the samples (including surfaces). The important impact of the stabiliser on the physical properties of the nano-size system is proved by first measuring huge mechanical stress and large strains. Stress and strain are in accordance with stress and strain calculated by using linear elastic theory. However, most systems avoid very huge stress by deforming plastically or by detaching from the stabiliser. Second, the micro structural contribution (grain boundaries, dislocations, surfaces, interfaces) on phase boundaries is estimated. It will be shown, that the measured nano-sized M-H phase boundaries can not be explained by micro structural contributions, only. To explain the experimental data, stress has to be taken into account. For small clusters, new structures have to be considered - cluster "phase diagrams" change completely compared to those of the bulk system. With respect to micro structure and mechanical stress published data will be re-discussed, offering solutions for conflicting results. Thus, this book gives an inside view on changes of material physical properties of M-H systems by nano-sizing