Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532150447

Die Forschungsarbeiten im Arbeitskreis des ersten Antragstellers konzentrieren sich auf grenzflächenchemische Aspekte von Adhäsion, Korrosion und Nanobiomaterialien. Auf all diesen Gebieten ist die Dynamik von submikroskopischen Strukturen an Elektrolyt/Festkörpergrenzflächen von herausragender Bedeutung. Bisher konnten relevante Prozesse wie molekulare Adsorption, Desorption, Selbstorganisation oder Korrosion nicht in Echtzeit analysiert werden. Das beantragte Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskop (HS-AFM) soll nun genau diese methodische Lücke schließen und es erlauben, die Dynamik von Oberflächen und Grenzflächen im Nanometerbereich mit einer zeitlichen Auflösung im Sekunden-Bereich zu verfolgen. Hierbei soll das Gerät es insbesondere ermöglichen, neben Modelloberflächen auch komplexe Werkstoffe und Beschichtungen unter relevanten Umgebungsbedingungen (z.B. unter mechanischer Last und Kontrolle des Elektrodenpotentials) zu untersuchen. Kooperierende Arbeitskreise im Department Chemie der Universität Paderborn beschäftigen sich mit Fragen der Energiespeicherung und -umwandlung, sowie der Beschichtungs- und Prozesstechnik. Auch in diesen Bereichen erlaubt die Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskopie neue Einblicke in die Korrelation von Struktur, Dynamik und Funktion der Materialien. Die Beantragung des HS-AFM unterstützt überdies maßgeblich die Aktivitäten der zentralen wissenschaftlichen Einrichtung "Leichtbau mit Hybridsystemen". Hierbei liegt der Fokus der Anwendung auf der Analyse von Legierungs- und Polymeroberflächen sowie Kompositmaterialien unter korrosiven Bedingungen bzw. mechanischer Last. Die Forschung in der Arbeitsgruppe des zweiten Antragstellers fokussiert sich auf die großflächige Erzeugung funktionaler Nanostrukturen mit Methoden der Selbst-organisation. Im Mittelpunkt steht das grundlegende Verständnis dynamischer Prozesse, die es erlauben, auf großen Oberflächen gezielt periodische Nanomuster zu erzeugen, die sich in einem breiten Anwendungsfeld einsetzen lassen. Hierzu zählen fortschrittliche Mikro- und Optoelektronik, Plasmonik, Sensorik, Energie-, Medizin und Umwelttechnik. Je nach Art der herzustellenden Struktur und der benötigten Strukturgröße von typischerweise 10 - 1000 nm werden Block-Copolymerlithographie und/oder Nanokugellithographie mit Methoden der Dünnfilmdeposition bzw. in neuerer Zeit mit dem Transfer von 2D-Materialien kombiniert. Die erzielten Strukturgrößen machen es notwendig, die Oberflächenmorphologien mit Rasterkraftmikroskopen zu untersuchen und die innere Struktur mittels moderner Transmissionselektronenmikroskopie analysieren. Für letzteres betreibt die Arbeitsgruppe modernste analytische Hochauflösungs-TEM, die in Kooperationen den Nachbargruppen in der Fakultät und an anderen Hochschulen zugänglich gemacht wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskop
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Paderborn
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Guido Grundmeier