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Questions and Answers
Was beschreibt die Van-der-Waals-Bindung in Festkörpern?
Was beschreibt die Van-der-Waals-Bindung in Festkörpern?
- Wechselwirkungen zwischen elektronischen Orbitale.
- Kovalente Bindungen zwischen Ionen.
- Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen neutralen Molekülen. (correct)
- Die Bindung zwischen Valenzelektronen und atomaren Kernen.
Welche Aussage über die Energieniveaus in Festkörpern ist korrekt?
Welche Aussage über die Energieniveaus in Festkörpern ist korrekt?
- Allerdings sind die Cores verantwortlich für die Aufspaltung der Energieniveaus.
- Die Energieniveaus bleiben unverändert bei Überlappung der Orbitale.
- Es gibt keine Veränderung der Ladungsverteilung durch Orbitalüberlappung.
- Die Aufspaltung der Energieniveaus resultiert aus der Wechselwirkung von Valenzelektronen. (correct)
Wie hoch sind typischerweise die Bindungsenergien in Festkörpern?
Wie hoch sind typischerweise die Bindungsenergien in Festkörpern?
- 0,1...1 eV/Atom.
- 1...10 eV/Atom. (correct)
- 10...100 eV/Atom.
- 1.000...10.000 eV/Atom.
Was resultiert aus der Vernachlässigung der Elektron-Elektron-Wechselwirkung?
Was resultiert aus der Vernachlässigung der Elektron-Elektron-Wechselwirkung?
Welche Bindung tritt auf, wenn der Überlapp der atomaren Orbitale maximal ist?
Welche Bindung tritt auf, wenn der Überlapp der atomaren Orbitale maximal ist?
Was geschieht bei der Laserablation mit Kohlenstoff?
Was geschieht bei der Laserablation mit Kohlenstoff?
Welches Element dient als Katalysator bei der Herstellung von Carbon Nanotubes?
Welches Element dient als Katalysator bei der Herstellung von Carbon Nanotubes?
Welche Ausbeute an SWCNT wird bei der beschriebenen Laserablation erreicht?
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Was ist der Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen in Graphen?
Was ist der Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen in Graphen?
Welches Material wird verwendet, um die Kohlenstoffatome in der Chemischen Dampfausscheidung (CVD) abzulegen?
Welches Material wird verwendet, um die Kohlenstoffatome in der Chemischen Dampfausscheidung (CVD) abzulegen?
Welche Anordnung ist bekannt für die Herstellung von graphene/CVD?
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Was ist die Funktion des Trägergasstroms im Laserablation Prozess?
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Welche Laserfrequenz wird für die Laserablation verwendet?
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Welcher der folgenden Werkstoffe hat die höchste Bulk-Bandlücke?
Welcher der folgenden Werkstoffe hat die höchste Bulk-Bandlücke?
Was ist die Elektronegativität laut der Pauling-Skala?
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Welches dieser Materialien hat die größte 2D-Monoschicht-Bandlücke?
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Welche Struktur beschreibt die NaCl-Anordnung?
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Was beschreibt die Bindungsenergie eines ionischen Kristalls in Bezug auf die Madelungkonstante?
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Welche der folgenden Aussagen über die Elektronenaffinität ist korrekt?
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Was ist der Bandlückenwert von MoS2 in der 2D-Monolayer-Form?
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Welche der folgenden Materialien hat die niedrigste Ionisierungsenergie?
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Welche Größe hängt von der Hamaker-Konstante ab?
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Welche Höhe beginnt die Wirkung der Van der Waals-Wechselwirkung signifikant zu schwinden?
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Welche Bindungsenergie ist typisch für Wasserstoffbrückenbindungen?
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Was passiert mit dem Elektron des Wasserstoffatoms in einer kovalenten Bindung mit Sauerstoff?
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Welcher Radius ist für die gekrümmte Spitze eines Geckofusses typisch?
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Wie viel Kraft erzeugt eine einzelne Spatula beim Kontakt?
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Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Bandlückenenergie und der Bindungsenergie für Halbleiter und Isolatoren?
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Welches Element ist stark elektronegativ und beeinflusst die Wasserstoffbrückenbindung in Wasser?
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Wie hoch ist der Konturbereich der 2D-Elektrondichte von GaAs auf der (-110) Ebene?
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Was beschreibt die Formel Fs = A R / 6 D^2?
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Welche Wellenfunktionen werden bei der metallischen Bindung am Beispiel von Nickel betrachtet?
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Was beschreibt die Amplitude der Wellenfunktion in der metallischen Bindung?
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Welche Bindungsenergien wurden zur Analyse in Bezug auf Halbleiter und Isolatoren verwendet?
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Was ist der Konturbereich der 2D-Elektrondichte von Silizium auf der (-110) Ebene?
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Welche Aussage zur kinetischen und potentiellen Energie in der metallischen Bindung ist korrekt?
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Welche empirische Näherung verwendete Vijh zur Analyse von Halbleitern und Isolatoren?
Welche empirische Näherung verwendete Vijh zur Analyse von Halbleitern und Isolatoren?
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Study Notes
Bindungen in Festkörpern
- Die Gesamtenergie in Festkörpern wird durch Überlappung von atomaren Orbitalen reduziert.
- Der Überlapp ist besonders groß für Valenzelektronen.
- Festkörper sind aus Ionenrümpfen (Cores) und Valenzelektronen aufgebaut.
- Cores bestehen aus positiv geladenen Atomkernen und stark gebundenen Elektronen.
- Cores wechselwirken über Coulomb-Kräfte mit den Valenzelektronen.
- Durch Vernachlässigung der Elektron-Elektron-Wechselwirkung entstehen separierbare Einelektronenprobleme.
- Der Überlapp von Orbitalen mehrerer Atome führt zur Aufspaltung von Energieniveaus und Veränderungen in der Ladungsverteilung.
- Kovalente Bindung bezeichnet eine maximale Ladungsverteilung zwischen Atomen.
- Ionische Bindung bezeichnet Ladungsverteilung, die stärker an den Atomen konzentriert ist.
- Metallische Bindung bewirkt eine gleichmäßige Ladungsverteilung.
- Van-der-Waals-Bindung beschreibt Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen ladungsneutralen Molekülen und trägt mit ca. 10 % zur Bindungsenergie bei.
- Bindungsenergien in Festkörpern betragen ca. 1 bis 10 eV/Atom (100-1000 kJ/Mol).
- Diese Werte können durch Energiezufuhr (thermisch, optisch) bestimmt werden, die Atome aus dem Festkörper entfernt.
Laserablation von Kohlenstoffnanoröhren
- Fester Kohlenstoff wird mit Laserenergie in die Gasphase überführt.
- Kohlenstoff wird mithilfe eines Trägergasstroms zu einem gekühlten Cu-Kollektor transportiert.
- Auf dem Kollektor bilden sich Carbon Nanotubes.
- Cu dient als Katalysator.
- Die Ausbeute an SWCNT beträgt ca. 70%.
Chemical Vapor Deposition (CVD) von Graphen und Kohlenstoffnanoröhren
- Graphen besteht aus einer Schicht von Kohlenstoffatomen.
- Der C-C-Abstand in Graphen beträgt 0,142 nm.
- C-C-Abstand auf einer Ni(111) Oberfläche: 0,143 nm.
Ionenbindung in Festkörpern
- NaCl-Struktur (fcc) und CsCl-Struktur (bcc) sind typische Strukturen für ionische Bindungen.
Elektronenaffinität, Ionisationsenergie und Elektronegativität
- Elektronenaffinität (A) beschreibt die Energie, die frei wird, wenn ein Atom ein Elektron aufnimmt.
- Ionisierungsenergie (I) beschreibt die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem Atom zu entfernen.
- Elektronegativität: X = 0.187ꞏ(I +A) + 0.17 (entsprechend der Pauling-Skala)
Bindungsenergie von ionischen Kristallen und Madelungkonstante
- Die Bindungsenergie eines ionischen Kristalls hängt mit der Madelung-Konstante zusammen.
- Die Madelung-Konstante berücksichtigt die Abstände und Ladungen der Ionen.
Korrelation zwischen Bindungsenergie und Bandlückenenergie
- Die Bandlückenenergie (Eg) hängt mit der Bindungsenergie (Es) zusammen.
- Für Halbleiter und Isolatoren mit überwiegend ionischen Bindungen gilt empirisch: Eg = 2 (Es - 2.5 eV).
Metallische Bindung: Beispiel Nickel
- Die Amplitude der 2pz-, 3dz2- und 4s-Wellenfunktion von Nickel ist dargestellt.
- Die Halbwertsbreite der Wellenfunktionen korreliert mit der Entfernung zu den nächsten Nachbarn.
Metallische Bindung: Kinetische und Potenzielle Energie
- Die Beiträge der kinetischen und potenziellen Energie zur metallischen Bindung sind gegen den Abstand aufgetragen.
Van-der-Waals-Wechselwirkung in Gecko-Setae (Borsten, Haare)
- Gecko-Setae generieren Adhäsionskräfte durch Van-der-Waals-Wechselwirkungen.
- Die Kraft Fs pro Setae ist etwa 0,4 N.
- Fs = A R / 6 D2
- A: Hamaker-Konstante (materialabhängig, ca. 10-19 J)
- R: Radius des gekrümmten Segments der Setae (ca. 2 m)
- D: Abstand zur Oberfläche, unterhalb dessen die Van-der-Waals-Wechselwirkung zu schwach wird (ca. 0,3 nm)
Wasserstoffbrückenbindung
- Wasserstoffbrückenbindungen entstehen zwischen einem Wasserstoff- und einem stark elektronegativen Atom, z. B. Sauerstoff.
- Das Wasserstoffatom gibt sein Elektron fast vollständig ab und erhält eine positive Ladung.
- Diese positive Ladung bindet an ein negativ geladenes Ion oder Atom.
- Typische Bindungsenergien liegen im Bereich von 0,1 bis 0,5 eV.
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