Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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Einführung in die <strong>Nanoanalytik</strong><br />
Ortsaufgelöste Methoden<br />
Mikroskopische Untersuchungsmethoden nehmen<br />
seit vielen Jahren einen festen Pl<strong>at</strong>z in M<strong>at</strong>erialwissenschaften,<br />
Biologie und Medizin ein. Verstärkt<br />
durch den rasch fortschreitenden Trend zur<br />
Mini<strong>at</strong>urisierung von Werkstoffen, Bauelementen<br />
und Biom<strong>at</strong>erialien erfolgte eine stürmische Weiterentwicklung<br />
<strong>der</strong> abbildenden mikroskopischen<br />
Untersuchungsmethoden. Nicht zu Unrecht wird<br />
dabei an erster Stelle die immense Steigerung <strong>der</strong><br />
Auflösung gesehen. Ausgehend von einstmals 100<br />
Nanometern ist man jetzt bei Objekteinzelheiten von<br />
weniger als 0,1 Nanometer (1 Ångström) angelangt,<br />
die in mikroskopischen Bil<strong>der</strong>n aufgelöst werden<br />
können. Damit ist man in den <strong>at</strong>omaren Bereich des<br />
M<strong>at</strong>erieaufbaus vorgedrungen. Gleichzeitig wuchs<br />
aber auch die Schwierigkeit <strong>der</strong> Bilddeutung und<br />
-auswertung, die nur mittels sehr spezieller Kenntnisse<br />
<strong>der</strong> Wechselwirkung von Licht, Elektronen<br />
und Atomen mit <strong>der</strong> Probe sinnhaft durchgeführt<br />
werden kann.<br />
Ortsauflösende Analysenmethoden sind dadurch<br />
gekennzeichnet, dass Atome, Elektronen<br />
o<strong>der</strong> elektromagnetische Strahlung in gebündelter<br />
Form auf die Probe gerichtet und die dabei entstehenden<br />
Sekundärsignale analysiert werden, o<strong>der</strong><br />
dass ein Objekt durch „Abtasten“ mit einer extrem<br />
feinen Spitze abgebildet wird.<br />
In <strong>der</strong> ersten Gruppe spielt die Elektronenmikroskopie<br />
eine zentrale Rolle, dies nicht nur aufgrund<br />
<strong>der</strong> Auflösung, die bis in <strong>at</strong>omare Dimensionen<br />
reichen kann, son<strong>der</strong>n auch weil die Bildinform<strong>at</strong>ion<br />
direkt mit <strong>der</strong> Kristallstruktur, physikalischen Eigenschaften<br />
und <strong>der</strong> chemischen Zusammensetzung<br />
verknüpft werden kann. Rasterelektronenmikroskopie<br />
und Transmissionselektronenmikroskopie<br />
sind bereits etablierte Methoden <strong>der</strong> Mikro- und<br />
<strong>Nanoanalytik</strong>, die durch einige wesentliche Innov<strong>at</strong>ionen<br />
an die Grenzen <strong>der</strong> l<strong>at</strong>eralen Auflösung und<br />
<strong>der</strong> Energieauflösung vorangetrieben werden.<br />
Oberflächenphysikalische Charakterisierungsmethoden<br />
wie Sekundärionenmassenspektrometrie,<br />
Auger- und Photoelektronen-Spektroskopie<br />
sowie Elektronenbeugung liefern exzellente Tiefenauflösung<br />
und werden z.B. für das Studium<br />
<strong>der</strong> Wechselwirkung von organischen und anorganischen<br />
Molekülen mit metallischen Strukturen<br />
eingesetzt. Für oberflächenphysikalische Untersuchungen<br />
mit l<strong>at</strong>eraler Auflösung wird die analytische<br />
Feldionenmikroskopie für die Nachweis von<br />
Einzel<strong>at</strong>omen in Werkstoffen verwendet, und mit<br />
Hilfe <strong>der</strong> Raster-Helium-Atom-Mikroskopie können<br />
organische Oberflächen charakterisiert werden.<br />
Die rel<strong>at</strong>iv neuen Verfahren Infrarot- und Raman-<br />
Mikroskopie werden in steigendem Umfang für<br />
die Charakterisierung von organischen M<strong>at</strong>erialien,<br />
Polymeren und Biom<strong>at</strong>erialien mit einer l<strong>at</strong>eralen<br />
Auflösung von einigen Mikrometern genutzt.<br />
VIII<br />
<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>