Fast wie in einer Raumstation: Hochmodernes Spektrometer am IPF Dresden e. V. installiert


 Anschaffung des hochmodernen Photoelektronenspektrometers AXIS ULTRA, dem zweiten seiner Art in Deutschland, erfolgt im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojektes.
Das AXIS ULTRA, das im Aussehen einer Raumstation kaum nachsteht, soll zur Untersuchung von Festkörperoberflächen eingesetzt werden. Viele natürliche und technische Prozesse und Reaktionen verlaufen direkt an Festkörperoberflächen: zwei Teile werden verleimt, eine Folie wird bedruckt, Karosserieteile werden lackiert, Kunststoffe altern, werden gelb und spröde. Gelingt es, die chemische Zusammensetzung einer Oberfläche zu analysieren, kann man auf ihre Reaktivität schließen und so Voraussagen ableiten, ob zwei verklebte Komponenten zusammenhalten werden oder nicht.

Das physikalische Prinzip, auf dem die Wirkungsweise des Spektrometers beruht, macht die Photoelektronenspektroskopie ausgesprochen oberflächenempfindlich. Informationen bekommt man nur aus einer Tiefe von 3 bis 7 nm (1 nm = 10-9 m), d.h. man schaut sich tatsächlich nur die obersten Moleküllagen einer Probe an. Und hier findet man deutliche Unterschiede gegenüber der Zusammensetzung im Inneren der Probe. Diese Unterschiede sind für eine erhöhte Reaktivität der Festkörperoberfläche verantwortlich, sie sorgen für spezifische Wechselwirkungen und Reaktionen mit den angebotenen Stoffen.

Das neue Spektrometer vereint mit der extremen Oberflächenempfindlichkeit auch eine außerordentlich hohe Energieauflösung. So ist es nicht nur möglich, die Art der Elemente in der Oberfläche nachzuweisen, sondern auch ihre Bindungszustände. Unterschiedliche Nachbarn an einem Element führen zu deutlichen Unterschieden in den Spektren. Man lernt die Art der funktionellen Gruppen kennen, die sich an der Festkörperoberfläche befinden. Diesen funktionellen Gruppen kann man später im technologischen Prozess maßgeschneiderte Reaktionspartner anbieten, mit denen sich die gewünschten Oberflächeneigenschaften erzeugen lassen.

Sein futuristisches Aussehen verdankt das Spektrometer den Anforderungen, denen es während des Messens genügen muß. Der Druck im Inneren beträgt dann nur 10-10 mbar. Das ist fast der gleiche Druck, der in der Leere des Weltraums herrscht. Große Pumpstände mit unterschiedlichen Pumpen sorgen dafür, daß dieses Ultrahochvakuum erzeugt und aufrecht erhalten werden kann.

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Kerstin Wustrack

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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