Raman - KFU

P. Knoll, Vorlesung: Raman- und Infrarot-Spektroskopie, 2std. SS 2004 Seite 6
welche als Tischgeräte ähnlich den IR-Spektrometern einfach und unkompliziert zu betreiben
sind.
Ohne viel über den Hintergrund und ein tieferes Verständnis über die Spektroskopiearten zu
verfügen, kann mit Hilfe der "fingerprint" Methode aus den erhaltenen Spektren qualitative
und quantitative Analysen der Stoffzusammensetzung gewonnen werden. Dies stellt einen
sehr weit verbreiteten Einsatz dieser Spektroskopiearten dar. Mit tieferem Verständnis und
theoretischen "ab-initio" Berechnungen der Spektren unterstützt, können jedoch sehr
feinfühlige Untersuchungen in den verschiedensten Bereichen durchgeführt und
mikroskopische Modelle erstellt werden. In solchen mikroskopischen Modellen bestimmen
die elementaren Anregungen (elekronische Übergänge, Schwingungen, Spin-Anregungen
etc.) die jeweiligen Stoffeigenschaften; die Spektroskopie dient dann zur Bestimmung und
Charakterisierung dieser elementaren Anregungen.
1.2 Einige Beispiele
1.2.1 Polymere
Polymere werden in einem weiten Lebensbereich in den unterschiedlichsten
Anwendungsbereichen verwendet. Insbesondere die kostengünstige Herstellung und die breite
Vielfalt der erzielten Materialeigenschaften sind für die starke Verbreitung verantwortlich.
Von der Feinstrumpfhose, dem elektrisch isolierenden Gehäuse bis hin zu den verschiedenst
geformten Kunstoffteilen in Automobilindustrie, Maschinenbau, Haushaltsgeräten,
Werkzeugen reicht das Spektrum. Dass Polymere auch elektrisch leiten können ergab sich
zunächst scheinbar zufällig. Physiker experimentierten mit dem Dotieren von Halbleitern und
suchten nach Alternativen zu Si und Ge. Vor allem von organischen Verbindungen erwartete
man sich vielversprechende Ergebnisse. Quasi eindimensionale Ketten (ähnlich der
Polymere) zeigten erstaunliche Eigenschaften wie z.B. das legendäre (SN)x, welches sogar
supraleitend wurde. Die einfachste Kohlenstoffkette, welche ein gap vergleichbar mit den
konventionellen Halbleitern hat, war das Polymer des Azetylengases, Polyazetylen. Dieses
war bekannt als Pulver und somit vernünftigen physikalischen Messungen schlecht
zugänglich. Shirakawa in Japan gelang die Herstellung eines dichten Filmes dieses Polymers
durch einen extrem hoch konzentrierten Katalysator (Ziegler-Natta-Katalysator, Nobelpreis
Chemie 1966). Zusammen mit McDiarmid und Heeger in Philadelphia (USA) gelang ihnen
durch Dotieren die elektrische Leitfähigkeit um ca. 10 Größenordnungen zu erhöhen. Dafür
wurde der Nobelpreis für Chemie im Jahr 2000 vergeben. Durch diese Entdeckung wurde ein
breites Gebiet der elektrisch leitenden Polymere geöffnet. Die heißesten Erwartungen der
Physiker, in diesen Polymereketten Supraleitung bei Raumtemperatur zu finden, wurde bisher
nicht erfüllt, obwohl durchaus ernstzunehmende Theorien darüber entwickelt wurden. Ebenso
die utopischen Träume, elektronische Geräte auf nun molekularer Ebene zu designen,
Schlagwort "molecular electronics", sind von einer praktischen Realisierung sehr weit
entfernt. In der Anwendung ergaben sich bisher viel banalere Gebiete wie z.B. das sogenannte
"packaging", die Verkpackung von konventionellen elektronischen Schaltkreisen in
Kunststoffgehäusen, (der Chip), wo man nun sehr gezielt die Leitfähigkeit zwecks
Abschirmung und Vermeidung elektrostatischer Aufladungen einstellen kann. Ebenfalls
vielversprechend scheinen Anwendungen im opto-elektronischen Bereich, Solarzellen und
Displays, wie auch elektrochemische Anwendungen in Batterien und Akkus. Vor allem das
geringe Gewicht der Polymere ist hier ein entscheidender Vorteil.