Ternary Ru/Al-based reactive multilayers

三元Ru/Al基反应性多层膜

基本信息

项目摘要

The intermetallic B2 compound RuAl combines good high-temperature properties with high room-temperature ductility. The high negative heat of formation of -62 kJ/mol(atoms) enables sub-µm composites of Ru and Al to self-propagating exothermic reactions forming the B2 compound RuAl. This makes the system Ru/Al similar to other intermetallic reactive systems like Ni/Al, Pt/Al, Pd/Al and Co/Al. However, the system Ru/Al is of particular interest due to the combination of a ductile reaction product, a compositional range of existence of 4.1 % at. (at room temperature) and a good energy density (comparable to that of commercially available Ni/Al foils). This makes Ru/Al an interesting system in the field of reactive bonding with local heating limited to the region of joining. The characteristic parameter of binary reactive multilayer systems is the bilayer thickness by which the basic properties of the system (speed of reaction, ignition temperature, microstructure and morphology of the reaction product) are determined and cannot be varied independently. Aim of this project is to develop a new way to manipulate the properties of Ru/Al-based reactive multilayers by moving from binary to ternary Ru/Al/X layers (X=Ni, Pt, Hf, Ti). The focus is on lowering the relatively high ignition temperature of Ru/Al multilayers (400-575°C) to values of approximately 300°C, comparable to that of Ni/Al multilayers, thus improving the reaction in the presence of a heat sink (e.g. inside a joint gap). Because there are, to the best knowledge of the applicants, no systematic studies on ternary intermetallic reactive systems, an essential part of this project is to investigate the influence of chemical composition and stacking sequence on the basic properties of a reactive multilayer (speed of reaction, morphology and microstructure). Thereby, a better understanding of the underlying mechanisms shall be gained. To enable the investigation of large ranges of composition, combinatorial sputtering is employed. This technique allows deposition of materials libraries on a single substrate by sequential sputtering of layers with thickness gradients. The compositional range of existence of the RuAl-based B2 structure is investigated by X-ray diffraction and high-throughput electrical resistivity measurements after a thermal treatment of the ternary multilayers. Within these compositional ranges, intermetallic phase formation as a function of temperature is investigated by in-situ four point measurements of the electrical resistivity to draw conclusions on the ignition temperature. Based on the insights into the influence of composition and stacking sequence, ternary Ru/Al based reactive multilayers are developed combining the benefits of Ru/Al with a reduced ignition temperature.
金属间化合物B2 RuAl具有良好的高温性能和较高的室温延展性。-62 kJ/mol(原子)的高负生成热使Ru和Al的亚微米复合材料能够自传播放热反应形成B2化合物RuAl。这使得Ru/Al体系类似于其他金属间反应体系,如Ni/Al、Pt/Al、Pd/Al和Co/Al。然而,Ru/Al体系特别令人感兴趣,因为它是一种延展性反应产物的组合,其组成范围为4.1% at。(室温下)和良好的能量密度(可与市售的Ni/Al箔相媲美)。这使得Ru/Al在反应键合领域成为一个有趣的体系,局部加热仅限于连接区域。二元反应多层体系的特征参数是决定体系基本性质(反应速度、着火温度、反应产物的微观结构和形貌)的双层厚度,不能独立变化。该项目的目的是开发一种新的方法,通过从二元转移到三元Ru/Al/X层(X=Ni, Pt, Hf, Ti)来操纵Ru/Al基反应性多层膜的性质。重点是将Ru/Al多层材料相对较高的着火温度(400-575°C)降低到约300°C,与Ni/Al多层材料相当,从而改善存在散热器(例如在接头间隙内)的反应。由于据申请人所知,目前还没有对三元金属间反应体系进行系统的研究,因此本项目的一个重要组成部分是研究化学成分和堆叠顺序对反应多层的基本性质(反应速度、形貌和微观结构)的影响。因此,应该更好地理解潜在的机制。为了能够研究大范围的成分,采用组合溅射。该技术允许通过连续溅射具有厚度梯度的层在单个衬底上沉积材料库。采用x射线衍射和高通量电阻率测量方法对三元多层材料热处理后的钌基B2结构的存在范围进行了研究。在这些成分范围内,金属间相的形成作为温度的函数进行了原位四点电阻率测量,得出了点火温度的结论。在深入研究组分和堆叠顺序影响的基础上,结合Ru/Al的优点和较低的着火温度,开发了三元Ru/Al基反应性多层材料。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The role of transitional phase formation during ignition of reactive multilayers
  • DOI:
    10.1063/1.4930022
  • 发表时间:
    2015-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    C. Pauly;K. Woll;Benjamin Bax;F. Mücklich
  • 通讯作者:
    C. Pauly;K. Woll;Benjamin Bax;F. Mücklich
Selbstfortschreitende Reaktionen in Ru/Al/X-Multilagen
Ru/Al/X 多层膜中的自渐进反应
  • DOI:
    10.22028/d291-26931
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    C. Pauly
  • 通讯作者:
    C. Pauly
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig其他文献

Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig', 18)}}的其他基金

Exploring Multinary Nanoparticles by Combinatorial Sputtering into Ionic Liquids and Advanced Transmission Electron Microscopy
通过组合溅射到离子液体和先进的透射电子显微镜探索多元纳米颗粒
  • 批准号:
    320295168
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Novel Caloric Materials by Mastering Hysteresis: Combinatorial Development of Magnetocaloric Materials
掌握磁滞现象的新型热材料:磁热材料的组合开发
  • 批准号:
    227073086
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Knowledge-based design and screening of thermoelectric half-Heusler alloys using high-throughput computations and experiments
利用高通量计算和实验对热电半霍斯勒合金进行基于知识的设计和筛选
  • 批准号:
    215222379
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Herstellung und Charakterisierung nanoskaliger Formgedächtnis-Schichtobjekte - Skalierungseffekte und Grenzen der reversiblen martensitischen Transformation
纳米级形状记忆层状物体的制造和表征——可逆马氏体转变的尺度效应和限制
  • 批准号:
    68955286
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Nanostrukturierte magnetische Dünnschicht-Komposite für Anwendungen in der Hochtemperatur-Sensorik
用于高温传感应用的纳米结构磁性薄膜复合材料
  • 批准号:
    42266866
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Entwicklung und Optimierung nanoskaliger multifunktionaler Werkstoffe durch Nutzung mikrosystemtechnischer und kombinatorischer Methoden für Anwendungen in miniaturisierten technischen und biomedizintechnischen Produkten
通过使用微系统技术和组合方法开发和优化纳米级多功能材料,用于小型化技术和生物医学技术产品
  • 批准号:
    46813606
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Heisenberg Professorships
PAk 1: Fe-Pd-X Thin Film-Polymer Composites for Sensor Applications - Combinatorial Development of New Ferromagnetic Shape Memory Thin Films with Improved Intrinsic Properties
PAk 1:用于传感器应用的 Fe-Pd-X 薄膜聚合物复合材料 - 具有改进的固有性能的新型铁磁形状记忆薄膜的组合开发
  • 批准号:
    28258879
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Maximierung des Energieprodukts hartmagnetischer Viellagenschichten durch Optimierung ihrer Nanostruktur mittels kombinatorischer Materialabscheidung und thermischer Prozessierung über Mikroheizplatten-Matrixanordnungen
通过使用组合材料沉积和微加热板矩阵排列的热处理来优化其纳米结构,从而最大化硬磁多层的能量积
  • 批准号:
    5432280
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Investigation of phase formation and phase constitution in the systems Li-Mg-Al-O and Li-Al-Mn-O with special focus on spinel solid solutions
研究 Li-Mg-Al-O 和 Li-Al-Mn-O 体系中的相形成和相构成,特别关注尖晶石固溶体
  • 批准号:
    470309740
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Combinatorial exploration of thermochromic thin films in V-M1-M2-O systems
V-M1-M2-O系统中热致变色薄膜的组合探索
  • 批准号:
    463914389
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

Ru@掺氮碳壳纳米反应器空间-电子耦合调控及其热力学-动态稳定性协同突破机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
共生菌群代谢物5-A-RU通过MAIT细胞促进疫苗免疫应答的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Ru基PEMWE膜电极的优化与机制研究
  • 批准号:
    JCZRYB202501137
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Ru-MOx双团簇异质催化剂的结构设计及其阴离子交换膜水电解槽的性能研究
  • 批准号:
    MS25E010032
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
具有多重金属键的轮桨型双核钌化合物Ru2(V)的自旋态调控研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
绿色催化新策略:聚离子液体/Ru协同催化苯高效制备环己烯
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Ru/N-C亚纳米团簇催化剂双重缔合活化N2分子合成氨的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
低Ru合金的纳米碳限域设计及电解海水制氢性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于协同化学分工的单原子耦合Ru基纳米晶碱性氢氧化催化剂研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
双位点协同电催化剂 Ru-WO3-x 的可控制备及碱性 HOR 机理研究
  • 批准号:
    24ZR1475700
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

Redox and Excited State Properties of Oligothiophene-Bearing Ru(II) Photodrugs
含低聚噻吩 Ru(II) 光药物的氧化还原和激发态性质
  • 批准号:
    2400127
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Ru置換Mn基遷移金属化合物の磁気・構造相転移を利用した機能性材料としての可能性探索
利用磁性和结构相变探索钌取代的锰基过渡金属化合物作为功能材料的潜力
  • 批准号:
    24K08233
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Developing Novel Triazole-Ruthenium Carbene Complexes (TA-Ru) for Challenging Olefin Metathesis Transformations
开发新型三唑-钌卡宾配合物(TA-Ru)以应对具有挑战性的烯烃复分解转化
  • 批准号:
    2246822
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Isolation of the Oxido-Bridged Ru(IV)-Ru(IV) Dinuclear Complexes - Development of Model Compounds of Reaction Intermediates in Nature -
氧化桥 Ru(IV)-Ru(IV) 双核配合物的分离 - 自然反应中间体模型化合物的开发 -
  • 批准号:
    22K14696
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
アンモニア合成用炭素材料担体Ru触媒の高活性発現機構の解明
阐明碳材料载体Ru催化剂氨合成高活性表达机制
  • 批准号:
    22K14483
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
The Excited State Behavior of Ru(II) Photodrugs
Ru(II)光药物的激发态行为
  • 批准号:
    2102459
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Upgrading Chiral Dinuclear Ru Catalysts for Surpassing Chiral Paddlewheel Dinuclear Rh Catalysts
升级手性双核 Ru 催化剂以超越手性桨轮双核 Rh 催化剂
  • 批准号:
    21K18946
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Control of Excited State Dynamics of Ru(II) Complexes for Dual Activity
双活性 Ru(II) 配合物激发态动力学的控制
  • 批准号:
    2102508
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Pseudogap Engineering of Ru-based Thermoelectric Heusler Compounds
钌基热电霍斯勒化合物的赝能隙工程
  • 批准号:
    20K05060
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Using Immobilized Ru Hydride Complexes to Understand the Interaction of Molecular Heterogeneous Catalysts with the Pore Walls under Catalytic Conditions (C07*)
使用固定化钌氢化物络合物了解催化条件下分子多相催化剂与孔壁的相互作用 (C07*)
  • 批准号:
    447412207
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Collaborative Research Centres
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了