Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

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