Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Einführung in die Nanoanalytik
anderen nanoanalytischen Verfahren derzeit nicht
in diesem breiten Umfang erbracht werden und in
vielen Fällen werden die mikroskopischen Verfahren
für die Kalibrierung der integralen nanoanalytischen
Verfahren benötigt.
Streumethoden
Nano-analytische Verfahren können grundsätzlich
in zwei Klassen eingeteilt werden: solche mit integraler
Information, d.h. es werden Volumina bzw.
Oberflächenbereiche untersucht, die wesentlich
größer sind als die interessierenden Grundstrukturen,
z.B. Nanoteilchen in einer Bulkphase oder
auf der Oberfläche. Streumethoden sind typische
Vertreter dieser integralen Methoden
Im Gegensatz zu den intergalen Methoden können
Verfahren mit Ortsauflösung eine Auskunft über
die räumliche Verteilung bzw. Orientierung, Struktur
und Zusammensetzung geben, sie haben aber den
Nachteil, dass meist nur relative kleine Bereiche in
akzeptabler Zeit untersucht werden können. Diese
mikroskopischen Techniken ermöglichen dafür
aber eine vollständige Charakterisierung mit Nanometerauflösung
und oftmals sogar mit Zehntel
Nanometerauflösung. Integrale und ortsaufgelöste
Methoden ergänzen einander und ermöglichen gemeinsam
eine gute Charakterisierung vieler komplexer
Systeme.
Die Streumethoden umfassen im Wesentlichen
die Röntgen- und die Neutronenstreuung sowie
die statische und die dynamische Lichtstreuung.
Bei letzterer werden praktisch immer Laser als
Lichtquellen verwendet. Es gibt aber auch – mit
geringerer praktischer Bedeutung – dynamische
Neutronen-, sowie seit kurzem auch dynamische
Röntgenstreuung.
Statische Streumethoden (Röntgen, Neutronen
und Licht) dienen ausschließlich zur Struktur- bzw.
Größenbestimmung, dies umfasst Bestimmung von
Partikelgröße, Form und innerer Struktur sowie die
Bestimmung von Überstrukturen in konzentrierten
Systemen (Partikelwechselwirkung).
Dynamische Streumethoden messen verschiedene
Formen der Dynamik in den untersuchten Systemen,
so z.B. Diffusionsbewegungen (Translation und
Rotation), Schwingungen etc. Besonders die dynamische
Lichtstreuung dient jedoch oft zur Bestimmung
der Partikelgrößenverteilung über die gemessene
Diffusion in fluiden bzw. gelösten Systemen.
Während mit beiden Formen der Lichtstreuung
nur mehr oder weniger optisch klare Systeme
untersucht werden können, können mit der Röntgen-
bzw. Neutronenstreuung auch undurchsichtige
Materialien wie Beton, Metalle oder Kunststoffe
untersucht werden.
In modernen, nanostrukturierten Materialien
hängt die durch Self-Assembly geformte Struktur
sehr oft von der Konzentration im System ab,
d.h. die Systeme müssen unverdünnt gemessen
werden. Dies ist eine große Herausforderung für
die Messmethodik. Gerade hier wurden aber in
den letzten Jahren – unter wesentlicher Mithilfe
steirischer Forschungsgruppen – neuartige und
richtungsweisende Entwicklungen eingeleitet
Otto Glatter
Karl-Franzens-Universität Graz
Institut für Chemie
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005
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