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Heterogeneous microstructures tuned in a high throughput architecture

Short, M. 1; Müller, J. 2; Lee, S. 1; Fornasier, H. 3; Köhler, U. 3; Ott, V. ORCID iD icon 2; Stüber, M. 4; Gerdes, B.; Rupp, T.; Kirchlechner, C. 1; Woll, K. 1
1 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

A new method applied to the sensor proposed by Zhang et al. in 2018 is demonstrated in this paper that combines the benefits of this design with the fast heating possible with nanocalorimetry. By applying a PID regulated pulse instead of a constant wattage, we unlock an accessible method to sense morphological changes occurring over short time periods that would be invisible to methods based only on heat capacity. In this study, multilayer Ni/Al thin films were linearly heated at 25, 50, 100, and 200 K/s to over 700°C, showing two distinct peaks in resistance change with activation energies of 554 and 747 kJ/mol, respectively. Through Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) and Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX) analysis on cross sections taken ex situ from samples quenched before and after the peaks of interest, we find strong evidence that peak 1 corresponds to Ni diffusing through Al grain boundaries forming intermetallic phases that essentially block the highly conductive Al pathway. This presents the potential to design and calibrate novel heterogeneous structures in a high throughput manner.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000160822
Veröffentlicht am 24.07.2023
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 05.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0264-1275
KITopen-ID: 1000160822
HGF-Programm 43.31.01 (POF IV, LK 01) Multifunctionality Molecular Design & Material Architecture
Erschienen in Materials & Design
Verlag Elsevier
Band 229
Seiten Art.-Nr.: 111834
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 24.03.2023
Schlagwörter Resistance–temperature sensor, High-throughput characterization, Fast thermal pulses, Microstructure formation, Nanocalorimetry
Nachgewiesen in Scopus
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