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Doz. Dr. Dana Zöllner

Im Gegensatz zu konventionellen Materialien weisen nanokristalline Metalle, wie sie zur Herstellung von Nanotechnologien benötigt werden, gänzlich andere, jedoch brauchbare und durchaus gewünschte Eigenschaften auf. Durch Temperatureinflüsse kann sich die Mikrostruktur dieser Materialien jedoch wesentlich verändern, was zum Verlust wichtiger Materialeigenschaften führen kann und damit die Bauteile in Anwendungen unbrauchbar macht.

Durch eine Modifikation der Monte Carlo Potts Modell Methode ist es uns gelungen, diese strukturellen Veränderungen zu simulieren, um ein tiefergehenden Verständnis der dahinterliegenden physikalischen Vorgänge zu erreichen.
Die Resultate umfangreicher Langzeit(simulation)studien stimmen sehr gut mit theoretischen Vorhersagen überein und lassen sich auch mit ersten experimentellen Daten in Einklang bringen.

Profil • Service

Vita

  • 1996-2001:
      Lehramt an Gymnasien, Fächer: Mathematik und Physik (Abschluß: Erste Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
  • 1998-2001:
       Lehramt an Gymnasien, Fach: Informatik (Abschluß: Erste Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
  • 2001-2008:
       Informatik (Abschluß: Baccalaurea der Informatik) an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (berufsbegleitendes Studium)
  • 2002-2006:
       Promotion im DFG-Graduiertenkolleg 828 "Micro-Macro-Interactions in Structured Media and Particle Systems"
  • 07.2006:
    Promotionsverteidigung; Dr. rer. nat. mit dem Thema "Monte Carlo Potts Model Simulation and Statistical Mean-Field Theory of Normal Grain Growth"
  • 2006-2008:
       PostDoc im DFG-Graduiertenkolleg 828 "Micro-Macro-Interactions in Structured Media and Particle Systems"
  • seit 2008:
       Wissenschaftliche Mitarbeiterin und Lehrbeauftragte an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
  • 01.2015:
    Habilitationssverteidigung; Dr. rer. nat. habil. mit dem wissenschaftlichen Thema "Grain growth in nanocrystalline materials: Where we ve been, where we are, and where we are going" und dem öffentlichen Vortrag zum Thema: "Die Physik vom Eis [The physics of ice]"
  • 10.2015-09.2016:
       Dorothea-Erxleben-Professorin an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
  • 10.2016-10.2017:
       Dresden Research Fellow an der Technischen Universität Dresden

Expertenprofil

  • Thermische Glättung fraktaler Korngrenzen
    Fraktale werden in den Naturwissenschaften seit weit über 100 Jahren schon untersucht. Aufgrund der Vielfältigkeit der Anwendungsmöglichkeiten (Analyse von Erdbeben, Struktur von Galaxien, Vogelpopulationen etc.) und wegen der verbesserten Rechentechnik ist die Zahl der wissenschaftlichen Untersuchungen und Veröffentlichungen in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen.
    In diesem Projekt liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung der thermischen Glättung von fraktalen Korngrenzen
    mittels Simulation. Dazu wurde die Monte Carlo Potts Modell Methode implementiert. Sie dient als theoretisches Gegenstück zur praktisch meßbaren Vergröberungskinetik rauher Korngrenzen in realen Mikrostukturen von Metallen
    . Insbesondere wird anhand der Simulation die Stabilität rauher Korngrenzen und der Einfluß der Fraktalgeometrie auf die Glättungskinetik untersucht.
  • Simulation and Statistical Mean-Field Theory of Normal Grain Growth
    Within the scope of this work I have implemented the Monte Carlo Potts model method in two and three dimensions based on the original works of Anderson et al. and improvements in an object oriented programming language which enabled me to observe directly (in-situ) the microstructure
    and some simulation parameters like for example the volume of all grains and the area of grains in a section. Therewith a tool has been provided to simulate complex grain structures and analyse them regarding, e.g., the topology and to investigate normal grain coarsening by simulation and create a basis for a statistical grain growth theory.
    The simulated microstructure follows after an initial period of time the well known parabolic growth law. The underlying coarsening process of the grain structure develops towards a quasi-stationary state that exhibits statistical self-similarity. Different simulation parameters (e.g., correlation between the number of faces per grain and the grain size) are investigated both by simulation and theory.
    Based on the volumetric rate of change as a quadratic polynomial in the relative grain size x = R/Rmean a statistical mean-field theory
    is formulated that yields a new analytical grain size distribution, which is shown to be in very good agreement with the simulation results.
  • Grain growth in nanocrystalline materials
    Within the framework of this project grain growth in nanocrystalline materials is modelled. Unlike conventional materials metals and alloys of nanocrystalline size have quite different mechanical properties, which is not only of scientific but also of intense technological interest considering that an increase of grain size during grain growth can result in a loss of important materials properties making them unusable in application.
    A modification of the Potts model method is developed allowing the simulation of nanocrystalline grain growth. Different modification approaches of the standard Potts model are substantiated and their applicability considered, namely approaches to change the grain boundary mobility, the boundary junction mobility or the grain boundary energy and an approach to introduce a finite grain boundary width.
    Large simulation studies in the nanocrystalline growth regime are performed and different metrical and geometrical properties observed. Particular interest is put on the overall temporal development of the structures, where for initially very small grains linear grain growth kinetics is expected changing in later stages to parabolic (normal grain growth) behaviour.
    A comparison between simulation, experimental and theoretical results is planed. Therefore, a statistical mean-field theory should be developed investigating the different growth regimes. Furthermore, nanocrystalline grain growth will be explored experimentally.

Serviceangebot

  • Simulation von Kornwachstum erhaltener Kornmikrostrukturen zum Vergleich oder an Stelle eines Experimentes
  • Überprüfung von metallischen Kornmikrostrukturen auf Selbstähnlichkeit
  • Generierung von virtuellen Mikrostrukturen z.B. aus gegebener Größenverteilung

Forschung • Kooperationen

Projekte

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Kooperationsliste

  • Prof. Carl E. Krill III - Universität Ulm
  • Dr. Iain Fielden - Sheffield Hallam University, UK
  • Prof. Elizabeth A. Holm - Sandia National Laboratories, USA
  • Prof. Paulo R. Rios / Universidade Federal Fluminense, Brazil
  • Prof. Rifa El-Khozondar / Al-Aqsa University

Publikationen

Top-5 Publikationen

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Publikationsliste

2016
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2015
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2014
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2013
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2012
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ältere
2011
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2010
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2008
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2007
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2006
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2004
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