Herzlichen Glückwunsch an Mengyuan Huang zur erfolgreichen Verteidigung ihrer Doktorarbeit

Konische Mikro- und Nanostrukturen besitzen spezifische magnetische, superhydrophobe
und elektrokatalytische Eigenschaften und sind deshalb von hohem Interesse für eine Vielzahl von Anwendungen. Eine einfache und kostengünstige Methode zur Synthese dieser strukturierten Schichten ist die elektrochemische Abscheidung. Neben dem Einsatz von Capping-Reagenzien (engl. Capping agents) könnten Magnetfelder das lokale Konuswachstum auf einer planaren Elektrode unterstützen.

In der vorliegenden Dissertation wird die Elektroabscheidung an konisch strukturierten
Metallschichten in Magnetfeldern untersucht. Je nach Ausrichtung und Stärke des Magnet-
feldes können die Lorentzkraft und die magnetische Gradientenkraft die Strömung des
mit Metallionen angereicherten Elektrolyts in Richtung der Konusspitze gezielt antreiben.
Folglich erhöht das Magnetfeld die lokale Abscheidungsrate und fördert das Konuswachs-
tum. Für ein grundlegendes Verständnis des Effektes werden systematische numerische
und theoretische Untersuchungen für die Elektroabscheidung an mm-großen Konen un-
terschiedlicher Materialien, Formen und Anordnungen unter verschiedenen elektrochemi-
schen und magnetischen Bedingungen durchgeführt. Ein parallel zur Konusachse ausge-
richtetes homogenes externes Magnetfeld erzeugt durch die Magnetisierung der ferroma-
gnetischen Konen eine magnetische Gradientenkraft, die zu einer starken Unterstützung
für das Konuswachstum führt. Dabei überwiegt sie oft gegenüber der Lorentzkraft und
der Auftriebskraft, die durch Elektrodenreaktionen entsteht. Diese unterstützende Wir-
kung wird nur geringfügig abgeschwächt, wenn sich benachbarte Konusse einander annä-
hern. Die numerischen Ergebnisse werden durch experimentelle Daten für verschiedene
Konfigurationen und Abscheidungsparameter validiert.

Um den Effekt der Magnetfelder zur Unterstützung des Wachstums kleinerer konischer Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich zu ermitteln, werden die Skalengesetze für die Geschwindigkeiten der magnetisch angetriebenen lokalen Strömungen beim Verkleinern der Konusgröße aus numerischen Simulationen abgeleitet und durch eine analytische Lösung bestätigt. Obwohl die magnetische Gradientenkraft eine günstige Strömung bei ferromagnetischen Konussen erzeugt, limitieren die kleine Größe der Strömungsregion und die nahezu konstant verbleibende Dicke der Konzentrationsgrenzschicht die Unterstützung der Magnetfelder. Diese kann jedoch durch die Anwendung gepulster Ströme sowie moderat auch durch den Einsatz stärkerer Magnetfelder weiter erhöht werden. Weiterhin wird eine einfache Modellierung entwickelt, um den Einfluss von Capping-Reagenzien bei der Abscheidung von Nano-Strukturen numerisch zu simulieren.

Experimentelle Resultate der von Partnern in Krakau durchgeführten Elektroabscheidung von nanostrukturierten Ni-Schichten in magnetischen Feldern werden mittels Simulationen sowohl globalen Zellströmung als auch der lokalen Strömung analysiert. Die Betrachtung beider Aspekte liefert eine Interpretation der experimentellen Ergebnisse und ermöglicht ein besseres Verständnis der Wirkung des capping agents.

Zum Schluss wird der Einfluss der Wasserstoff-Nebenreaktion einbezogen. Die numeri-schen Ergebnisse zeigen, dass an der Konusspitze sitzende Wasserstoffblasen das Konus-
wachstum verringern können. Gleichzeig wird die durch die magnetischen Kräfte getriebe-
ne Strömung die Ablösung der Wasserstoffblase geringfügig verzögern.