Rastersondenmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der wissenschaftliche Schwerpunkt des Lehrstuhls für Experimentalphysik II (Prof. Horn) liegt auf der materialwissenschaftlichen Untersuchung von Faserverbundwerkstoffen. Das Interesse liegt einerseits auf dem Verständnis der verstärkenden Fasern, insbesondere der Carbonfasern und ihrer Vorgängerprodukte. Das Gerät wurde hier zur Analyse der Oberflächenmorphologie der Fasern eingesetzt. Die Faseroberfläche ist charakterisiert durch eine fibrillenartige Struktur, wobei die Fibrillen Durchmesser von mehreren 100nm aufweisen. Auf den Fibrillen sind zusätzliche, nanoskalige Strukturen mit Durchmessern von einigen Nanometern zu beobachten. Die Charakterisierung dieser Feinstruktur sowie die quantitative Analyse der resultierenden Fibrillen- und Nanorauheit liefern wichtige Informationen über die Mikrostruktur der Fasern und ihrer Entwicklung entlang des Produktionsprozesses. Die Darstellung der räumlichen Verteilung der Nanostrukturen mittels AFM ermöglicht außerdem eine Visualisierung der Schlichteverteilung. Auf Seiten der Matrix interessieren andererseits das Aushärtungs- und Mischungsverhalten, die physikalischen Eigenschaften sowie der Einfluss von Additiven. Das Gerät wurde hier z.B. zur Untersuchung von thermoplastischen Additiven in duromeren Epoxidharzsystemen eingesetzt. Mittels des Peak Force QNM-Modus konnten die Form, Größe und Verteilung der thermoplastischen Partikel in der duromeren Matrix anhand der unterschiedlichen mikromechanischen Kennwerte analysiert werden. Großes Potential weisen außerdem thermoplastische, semikristalline oder amorphe Matrixsysteme auf, an denen die Korrelation von mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften untersucht wird. Hier wurde das Gerät zur Untersuchung der kristallinen Bereiche eingesetzt, die häufig eine Ausprägung als runde Sphärolite mit Durchmessern im Mikrometerbereich aufweisen. Wieder ist der Peak Force QNM-Modus von Interesse, um mittels der mikromechanischen Kennwerte die kristallinen Bereiche visualisieren zu können. Beim Verbundwerkstoff selbst steht das Verständnis der Anbindung von Faser und Matrix im Fokus, welche entscheidend für die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes ist. Untersuchungen werden hier auf mikroskopischer und makroskopischer Skala durchgeführt, um eine Korrelation von Faser-Matrix-Anbindung und mechanischen Kennwerten aufstellen zu können. Zur Analyse der durchgeführten mikromechanischen Einzelfaser-Push-Out-Versuche wurde die Rasterkraftmikroskopie eingesetzt, um die aus dem Verbund ausgedrückte Fasern charakterisieren zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Investigation of phase morphology of polyetherimide-toughened epoxy resin by scanning probe microscopy. Polymer Testing 31, 1008-1018 (2012)
Judith Moosburger-Will, Jan Jäger, Siegfried Horn, Christian Wellhausen
- Determination of nano-roughness of carbon fibers by atomic force microscopy. Journal of Materials Science 48, 6803-6810 (2013)
Jan Jäger, Judith Moosburger-Will, Siegfried Horn
- Microscopic analysis of single-fiber push-out tests on ceramic matrix composites performed with Berkovich and flat-end indenter and evaluation of interfacial fracture toughness. Journal of the European Ceramic Society 33, 441 (2013)
W. M. Mueller, J. Moosburger-Will, M. G. R. Sause, S. Horn
