Was ist whisker (kristallographie)?

Whisker (Kristallographie)

Ein Whisker ist ein einzelner, nadelförmiger Kristall, der einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern und eine Länge von bis zu mehreren Zentimetern haben kann. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und nahezu perfekte Kristallstruktur aus.

Eigenschaften und Entstehung:

Hohe Festigkeit: Whisker besitzen eine sehr hohe Zugfestigkeit, die oft deutlich über der von Massenmaterialien desselben Stoffes liegt. Dies liegt daran, dass sie idealerweise frei von Defekten und Versetzungen sind, die in größeren Kristallen die Festigkeit beeinträchtigen.
Kristallwachstum: Whisker können durch verschiedene Mechanismen wachsen, darunter:
- Dampf-Flüssigkeits-Feststoff-Mechanismus (VLS): Ein Katalysatorpartikel (z. B. Gold) bildet eine flüssige Legierung mit dem Ausgangsmaterial, aus der dann der Whisker auskristallisiert.
- Spannungsinduziertes Wachstum: Unter mechanischer Spannung können Whisker aus einer Oberfläche herauswachsen. Dieses Phänomen ist besonders bei Zinn-Whisker-Wachstum bekannt (Zinnwhisker).
- Ausdampfung und Kondensation: Das Material verdampft und kondensiert an bestimmten Stellen, wodurch Whisker entstehen.
Materialien: Whisker können aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, darunter Metalle (z.B. Zinn, Kupfer, Eisen), Oxide (z.B. Aluminiumoxid), Halbleiter (z.B. Siliziumkarbid) und andere anorganische Verbindungen.

Anwendungen:

Verstärkungswerkstoffe: Aufgrund ihrer hohen Festigkeit werden Whisker als Verstärkungselemente in Verbundwerkstoffen eingesetzt.
Elektronik: Whisker aus Halbleitermaterialien können in Nanoelektronik-Bauelementen verwendet werden.
Sensorik: Whisker können als empfindliche Sensoren für Kraft, Druck oder chemische Substanzen dienen.
Grundlagenforschung: Das Studium des Whiskerwachstums liefert wichtige Erkenntnisse über Kristallwachstumsprozesse und Materialeigenschaften im Nanobereich.

Probleme:

Zinnwhisker in der Elektronik: Das Wachstum von Zinnwhiskern auf elektronischen Bauteilen ist ein bekanntes Problem, da sie Kurzschlüsse verursachen und somit zu Geräteausfällen führen können. Dies ist ein wichtiger Aspekt der Zuverlässigkeit%20von%20Elektronik. Die Mechanismen des Zinnwhiskerwachstums sind komplex und werden weiterhin intensiv erforscht.