Arbeitsgruppe Prof. Dr. Jörg August Becker

Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Becker – Professur für Physikalische Chemie – liegt auf der experimentellen und theoretischen Untersuchung von Strukturen und Dynamiken in Molekülen und komplexen Grenzflächen. Die Fragestellungen werden in Kooperation mit Materialwissenschaftlern aus dem Bereich Maschinenbau sowie Partnern aus der Industrie bearbeitet.

FORSCHUNGSEXPERTISE: REAKTION UND STRUKTURBILDUNG IN FESTKÖRPERGRENZFLÄCHEN

In der Gruppe werden Reaktionen und Strukturbildung in Festkörpergrenzflächen und die Dynamik dieser Prozesse untersucht. Dabei verfolgen wir sowohl einen experimentellen als auch einen theoretischen Ansatz. Experimentell kommen speziell entwickelte Apparaturen und den anspruchsvollen reaktiven Bedingungen angepasste Verfahren zum Einsatz. Theoretisch entwickeln wir Modelle, welche die komplexen Grenzflächen mit ihren dynamischen Reaktionsschichten beschreiben um Einsicht in die dort ablaufenden Prozesse auf molekularer Ebene zu erhalten. Ziel ist ein besseres Verständnis der Dynamik, Reaktionen und Transportphänomene in Molekülen, Nanoteilchen und Grenzflächen.

 

 

SIMULATION VON PHASENGRENZEN UND KOMPOSITMATERIALIEN

In Zusammenarbeit mit der Industrie simulieren wir z.B. Polymersysteme an SiO2-Grenzflächen und deren Vernetzung mit Hilfe von Kraftfeld und ab initio Methoden (Reaxff, CPMD, ADF, Gaussian). Anwendungsbereiche sind die Silanisierung und Vulkanisierung und deren chemische Elementarschritte. Aus den computerchemischen Rechnungen lassen sich thermodynamische Eigenschaften bestimmen, die Auskunft über die mechanische Stabilität der elastischen Materialien geben.

Im Bild links ist eine Übersicht der drei Bestandteile eines Polymer-Silica-Systems mit der Polymermatrix, dem Silicapartikel als Füllstoff und dem Silan als Brückenbildner gezeigt.

 

Zur Stabilisierung der Materialeigenschaften in solchen Polymersystemen spielen Antioxidantien eine große Rolle. Diese organischen Moleküle leisten einen Wasserstofftransfer zu den unerwünschten Radikalzentren im Material, die durch mechanische, thermische und photochemische Belastungen auftreten. Dazu werden kraftinduziere Bindungsbrüche simuliert und die auftretenden Radikale charakterisiert.

Das Bild zeigt die Wannier Orbitale einer Schwefel-Isopren-Bindung, die im Laufe der Simulation gebrochen wird.


EXPERIMENTELLE BEOBACHTUNG VON REAKTIVEN BENETZUNGSEFFEKTEN UND TRANSPORTMECHANISMEN

Anisotrope Spreitung von flüssigem Silizium auf kristallinem Substrat
Schema Aufbau HT-AES

 

 

Im Bereich der Grundlagenforschung interessieren wir uns für die Kopplung zwischen musterbildender reaktiver Benetzung und dem anisotropen Sauerstofftransport durch die, nur wenige Nanometer dicken, Grenzflächen. Ebenso ist der Transport von Reaktionsprodukten aus der Grenzfläche in die Umgebung von Bedeutung und in diesem Zusammenhang treten interessante Analogien zu den Prozessen des chemischen Transportes auf. Durch das gezielte Einbringen von Fremdpartikeln werden heterogene Keimbildungsprozesse induziert und Untersucht.

Die anspruchsvollen reaktiven Bedingungen sind experimentell eine Herausforderung. Daher werden neue Messapparaturen entwickelt und gebaut, um analytische Methoden wie beispielsweise die Hochtemperatur-Video-Mikroskopie und die Hochtemperatur-Auger-Elektronenspektroskopie an diese Bedingungen adaptieren zu können.

Ex Situ verwenden wir Elektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie um die Topographie der erzeugten Proben zu visualisieren und zu vermessen. In Zusammenarbeit mit weiteren Gruppen aus der naturwissenschaftlichen Fakultät und dem Maschinenbau stehen weitere Untersuchungsmetoden zur Verfügung, z. B. um die chemische Zusammensetzung von Oberflächen und Grenzschichten aufzuklären.


EQUIPMENT

  • Simulationsausstattung

    In der AG Becker wird ein Rechencluster für quantenchemische Simulationen im größerem Umfang verwendet. Die Gruppe besitzt Erfahrungen im Umgang mit den folgenden Programmen:

    • Amsterdam Modeling Suite
    • VASP (Vienna Ab Initio Simulation Package)
    • CPMD (Car Parinello Molekül Dynamik)
    • Gaussian
  • Geräte und Anlagen

    Raster-Kraft-Mikroskop (AFM)

    In der AG Becker sind zwei NanoSurf AFM zur topographischen Probenuntersuchung im Einsatz

    Desktop REM

    FEI Phenom Desktop REM

    Hochtemperatur Videomikroskop

    Ultrahochvakuumanlage in welcher Proben und Reaktionszellen aufgeheizt werden und mit HT-Videomikroskop wahlweise mit NIR- oder optischer Kamera beobachtet werden können.

    Über quantenchemische Rechnungen können Brechungsindizes von Substanzen bestimmt werden, die in guter Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Daten stehen.

    UHV-Anlage mit HT-AES und Quadrupol-MS

    Ultrahochvakuum-Anlage in der an Proben auf einem beweglichen Probenhalter mit Heizer und Hitzeschilden Hochtemperatur-Auger-Elektonen-Spektroskopie und Massenspektrometrie angewendet werden kann.

    • Auflicht/Durchlichtmikroskope
    • Ultramikrowaage
    • Diverse Hochtemperaturöfen
    • Anlage für chemischen Transport

KONTAKT

Prof. Dr. rer. nat. Jörg August Becker
Professorinnen/Professoren
Adresse
Callinstraße 3a
30167 Hannover
Gebäude
Raum
114
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