Detailansicht
Herstellung von polarisierenden Beamsplittern für kalte Neutronen in Form von Nanopartikel-Polymer-Kompositen mittels holographischer Methoden
Michael Siegfried Meingaßner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Romano Rupp
DOI
10.25365/thesis.33502
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29050.11498.878963-3
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Herstellung polarisierter Neutronenstrahlen ist eine Schlüsselfrage sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Materialforschung. Die bisher dazu verwendeten Geräte und Bauteile weisen verschiedene Nachteile und Einschränkungen auf, weshalb die Herstellung neuartiger Polarisationselemente dringend geboten scheint. Für diese Arbeit wurden erste experimentelle Schritte auf dem Weg zu diesen neuartigen Polarisationselementen gesetzt und zeigt die Möglichkeit auf, solche Bauteile in der näheren Zukunft in marktreifer Form zu produzieren.
Für die hier besprochenen, neuartigen polarisierenden Beamsplitter werden die magnetischen Eigenschaften des Neutrons ausgenützt. Dazu werden abwechselnd dünne Schichten eines magnetischen und eines nicht-magnetischen Stoffes so angeordnet, sodass bei Anlegen eines externen magnetischen Feldes das Bauteil für alle Neutronen einer Polarisation unsichtbar wird, während alle Neutronen entgegengesetzter Polarisation reflektiert werden. Dadurch können die Neutronen nach ihrer Polarisation getrennt werden, man erhält polarisierte Neutronenstrahlen.
Die konkrete Realisierung findet diese Anordnung in der Form eines (neutronenoptischen) Gitters, vergleichbar mit der Größe einer Visitenkarte und bestehend aus einem Nanopartikel-Polymer-Kompositmaterial. Der Herstellungsprozess besteht aus drei Teilschritten: Erstens der Strukturierung des Polymers (der handelsübliche Photolack SU-8) mittels holographischer (interferometrischer) Methoden, sodass eine Polymer-Form mit Gitterstruktur erhalten wird. Zweitens der Herstellung eines Ferrofluids, das die superparamagnetischen Maghemit-Nanopartikel enthält und stabilisiert. Drittens das Zusammenführen von Polymer-Form und Ferrofluid, wodurch ein strukturiertes Polymer-Nanopartikel-Kompositmaterial erhalten wird.
An die präparative Arbeit schließt eine umfangreiche Charakterisierung der erhaltenen Bauteile an. Diese erfolgte mittels optischer Mikroskopie, der Aufnahme von Rocking-Kurven sowie mittels SEM- und AFM-Aufnahmen.
Abstract
(Englisch)
The generation of polarized neutron beams is a key issue not only in basic research but also in applied materials science. The devices that are currently being used for this purpose all show certain drawbacks and disadvantages, so that the development of a new kind of polarizing elements for neutrons seems to be an urgent task. During this work, first experimental steps towards this new kind of polarizing devices were made. It could be shown that practical realization of these new devices seems to be feasible in the near future.
The new kind of polarizing elements make use of the magnetic properties of neutrons. Thin layers of magnetic and non-magnetic material are arranged in turns, in a way that when an external magnetic field is applied, the device becomes invisible for all neutrons of one spin state, whereas all neutrons with the other spin state are being reflected from the device. Via this method, neutrons can be sorted according to their spin state and polarized neutron beams can be generated.
The practical realization is made in the style of a (neutron-optical) diffraction grating, comparable in size to a name card and consisting of a nanoparticle-polymer-composite. The manufacturing process consists of three steps: First the structuring of the polymer (the off-the-shelf photoresist SU-8) via holographic (interferometric) methods, so that a polymer mold in the shape of a grating is obtained. Second the preparation of a ferrofluid that contains and stabilizes superparamagnetic maghemite nanoparticles. Third the combination of polymer mold and ferrofluid, which gives a structured nanoparticle-polymer-composite.
The manufacturing work is supplemented by intense characterization of the manufactured elements. This was done by optical microscopy, measuring rocking curves and SEM- and AFM-measurements.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
nanoparticle-polymer-composite neutronoptics beamsplitter ferrofluid photoresist holography
Schlagwörter
(Deutsch)
Nanopartikel-Polymer-Komposite Neutronenoptik Strahlteiler Ferrofluid Photolack Holographie
Autor*innen
Michael Siegfried Meingaßner
Haupttitel (Deutsch)
Herstellung von polarisierenden Beamsplittern für kalte Neutronen in Form von Nanopartikel-Polymer-Kompositen mittels holographischer Methoden
Paralleltitel (Englisch)
Manufacturing of polarizing beam splitters for cold neutrons in form of nanoparticle-polymer-composites by holographic methods
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
107 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Romano Rupp
AC Nummer
AC12130569
Utheses ID
29762
Studienkennzahl
UA | 190 | 412 | 423 |