Ostwald-Reifung: Was ist damit gemeint?

Vergröberung, bei der sich kleine Teilchen auflösen und verschwinden, während große Teilchen wachsen. Die treibende Kraft ist der krümmungsabhängige Unterschied der Löslichkeit (Gibbs-Thomson-Effekt).

Japanische Bezeichnung: オストワルド成長

„Ostwald-Reifung“ kommt in 2 Übungsfragen aus 2 Themen vor, darunter Dünne Schichten, Oberflächen und Nanomaterialien, Nanomaterialien.

Fachgebiet: Dünne Schichten, Oberflächen und Nanomaterialien

Selbst ausprobieren: Fragen zu Ostwald-Reifung

Eine Legierung, in deren Matrix Ausscheidungsteilchen unterschiedlicher Größe verteilt sind, wird lange bei hoher Temperatur gehalten. Welche Aussage beschreibt die dabei ablaufende Ostwald-Reifung richtig?

  1. AJe kleiner ein Teilchen, desto höher die Löslichkeit in seiner Umgebung; es löst sich auf, und seine Atome diffundieren zu großen Teilchen, die wachsen
  2. BJe größer ein Teilchen, desto höher die Löslichkeit in seiner Umgebung; große Teilchen lösen sich auf, kleine wachsen, und die Größen gleichen sich an
  3. CDie mittlere Teilchengröße nimmt allein dadurch zu, dass Teilchen direkt zusammenstoßen und verschmelzen
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: A. Je kleiner ein Teilchen, desto höher die Löslichkeit in seiner Umgebung; es löst sich auf, und seine Atome diffundieren zu großen Teilchen, die wachsen

Teilchen mit kleinem Krümmungsradius haben wegen der Grenzflächenenergie ein höheres chemisches Potential, und die Gleichgewichtslöslichkeit in der umgebenden Matrix ist höher (Gibbs-Thomson-Effekt). Daher ist die Konzentration des gelösten Elements um kleine Teilchen hoch und um große niedrig, und es diffundiert von kleinen zu großen Teilchen. So verschwinden die kleinen Teilchen, die großen wachsen, und die gesamte Grenzfläche (Grenzflächenenergie) nimmt ab. Dies ist die Hauptursache für die Entfestigung ausscheidungsgehärteter Legierungen durch Überalterung und für die Vergröberung von Nanopartikeln. Die Antwort mit umgekehrter Löslichkeitsbeziehung ist falsch, und das Zusammenstoßen und Verschmelzen von Teilchen ist ein anderer Mechanismus als die Ostwald-Reifung.

„Ostwald-Reifung“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Ostwald-Reifung“ vorkommt (2)

  1. Eine Legierung, in deren Matrix Ausscheidungsteilchen unterschiedlicher Größe verteilt sind, wird lange bei hoher Temperatur gehalten. Welche Aussage beschreibt die dabei ablaufende Ostwald-Reifung richtig?
  2. Warum lassen sich mit dem Hot-Injection-Verfahren (bei dem die Vorstufen auf einmal in ein heißes Lösungsmittel eingespritzt werden) leicht Nanopartikel einheitlicher Größe (monodisperse Nanopartikel) erhalten?

Verwandte Begriffe

Chemisches Potential Kritischer Keimradius Quantengrößeneffekt Stranski-Krastanov-Wachstum Wärmespannung

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