Integrierter GD-OES/XRF-Elementanalysator

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414179996

Die quantitative Elementanalytik spielt in vielen Bereichen der Physik, der Material- und der Ingenieurwissenschaften eine zentrale Rolle. Im folgenden seien typische Anwendungsbeispiele der antragstellenden Arbeitsgruppen an der Universität Duisburg-Essen genannt: In der Forschung an neuen Materialien für die Erneuerbaren Energien ist es essentiell zu wissen, welche Schichtdicken und Kompositionen bei der Herstellung dünner Schichten, insbesondere der Absorber, vorliegen. Um genauere Aussagen über die Qualität der Bauelemente treffen zu können, ist es ebenso wichtig Informationen über die tiefenabhängige Elementverteilung zu erhalten, besonders bei multinären Materialien wie Chalkopyriten (verfolgt in der AG-Schmid) oder Perovskiten (AG Kirchartz, AG Lupascu und AG Winterer). Auch bei magnetischen Heteroschichten aus multiferroischen Materialien ist die Zusammensetzung ausschlaggebend. Mehrphasige Nanokomposit-Schichten wie CoFe2O4/BaTiO3 werden aktuell von den beteiligten AGs Wende und AG Lupascu untersucht. Nanopartikel multiferroischer Art (AG Wende, AG Lupascu) oder auf Basis von Nitriden und Oxiden für die Anwendung in Photokatalysatoren (AG Winterer) sind Gegenstand der Forschung, die auf einer Kenntnis der Zusammensetzung aufbaut. Schließlich sind bei mit seltenen Erden oder Übergangsmetallen (Cr, Eu, Tb) dotierten Oxiden (Al2O3, ZrO2) Konzentration und Verteilung der Dotierionen im Gitter bedeutend für z.B. die thermographischen Eigenschaften und werden von der AG Atakan analysiert.Die Breite der genannten Beispiele verdeutlicht die Notwendigkeit, ein breites Spektrum an Elementen abdecken zu können. Gleichzeitig soll eine Auflösung bis hinunter in den ppm-Bereich erreicht werden. Dabei sind einerseits die integralen Werte der Komposition von festen, pulverförmigen und ggf. flüssigen Proben von Interesse. Andererseits ist für feste Proben, insbesondere dünne Filme, die tiefenabhängige Elementverteilung relevant.Als Messmethoden, die eine schnelle Analyse über eine Tiefe bis zu mehreren Mikrometern mit einer Messgenauigkeit im Bereich von wenigen ppm erlauben, bieten sich die Röntgenfluoreszenz-Analyse (XRF) für integrale Werte auch bei pulverförmigen und flüssigen Proben, sowie die Glimmentladungs-Spektroskopie (GD-OES) für tiefenaufgelöste Ergebnisse fester Proben an. Messungen mittels energiedisperivem XRF sind zerstörungsfrei ab dem Element Na möglich. GD-OES hingegen misst abtragend, dafür jedoch mit Zugang zu den leichten Elementen wie C, O und N. Die Verbindung der beiden Methoden XRF und GD-OES erlaubt eine optimale Abdeckung eines breiten Elementspektrums unter minimierten Kompromissen der Genauigkeit und der Zerstörungsfreiheit. Die integrierte Variante ermöglicht zudem eine Querkalibration für zuverlässige quantitative Werte. Eine sorgfältige Kalibration ist Grundlage für aussagekräftige Messungen, die mit dem beantragten integrierten GD-OES/XRF-Elementanalysator erwartet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Integrierter GD-OES/XRF-Elementanalysator
• Gerätegruppe: 1811 Emissions-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiterin: Professorin Dr. Martina Schmid