Zweistrahlrasterelektronenmikroskop mit Plasma-Ionensäule (Plasma-FIB/REM)

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550137998

Grenzflächen, Oberflächen und Phasen spielen eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit von Energie-, Funktions- und Strukturwerkstoffen. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und die Atomsondentomographie (APT) sind essenzielle Charakterisierungsverfahren, um Details über die Struktur, Zusammensetzung und Elementverteilung an den Grenzflächen, Oberflächen oder Phasen der Materialien zu erhalten. Die Qualität der TEM- und APT-Proben ist für die Bestimmung der Datenqualität und Interpretation von entscheidender Bedeutung. Die mittels Ga+-fokussierten Ionenstrahl Rasterelektronenmikroskopie (FIB/REM) präparierten Proben sind jedoch häufig durch Ga+-Implantation und amorphe Schädigungen der Materialien beeinträchtigt. Diese unvermeidbaren Artefakte führen zu fehlerhaften Daten und hindern uns daran, den "nativen" Zustand der Hochleistungsmaterialien abzubilden und auszuwerten, was die Korrelation von Struktur-Leistungs-Verarbeitungs-Beziehungen erschwert. In diesem Zusammenhang wird ein Multi-Ionen Plasma-FIB/REM dringend benötigt, mindestens mit Xe- und Ar-Plasma-Ionenspezies, um Ga+-freie APT- und TEM-Proben mit minimaler Beschädigung der Materialien präparieren zu können. Die Flexibilität beim Wechsel der Plasma-Ionenspezies wird es uns ermöglichen, das Plasma-FIB/REM an verschiedene Materialanwendungen und Forschungszwecken anzupassen. Die Xe-Plasma Ionen bieten generell die höchste Sputterrate, so dass wir effizientes großvolumiges Fräsen oder Schneiden von Querschnitten bei hohen Strahlströmen durchführen können. Die Ar-Plasma Ionen eignen sich besonders gut zum Schneiden "curtaining"-freier Querschnitte, z.B. von Batterieelektroden; ein sauberer Querschnitt ist für die Bildgebung und die Analyse der Zusammensetzung an den Grenzflächen von Batterien unerlässlich. Darüber hinaus verursacht das Ar+-Plasmafräsen die geringsten Probenbeschädigungen bei niedrigen kV, wodurch hochwertige TEM-Lamellen für fortgeschrittene Analysen hergestellt werden können. Um das volle Potenzial des Multi-Ionen Plasam-FIB/REM zu nutzen, beantragen wir die folgenden Konfigurationen: ein einziehbarer Rückstreuelektronen Detektor, Raster-TEM-Detektor, Nanomanipulator, energiedispersiver Röntgenspektroskopie Detektor, Elektronenrückstreubeugung Detektor, Multiples-Gasinjektionssystem und ein Transferadapter für unser bestehendes Vakuum-/Kryo-Transfermodul für den Transport von luft-/feuchtigkeitsempfindlichen Proben. Diese Konfigurationen werden dem Multi-Ionen Plasma-FIB/REM, effizientes Fräsen großer Volumen, "curtaining"-freies Schneiden von Querschnitten, eine hochwertige und Ga+-freie TEM- und APT-Probenpräparation sowie fortgeschrittene Mikrostrukturanalysen ermöglichen. Das beantragte Multi-Ionen Plasma-FIB/REM wird die steigenden Anforderungen der vielfältigen Materialforschungsaktivitäten an der Ruhr-Universität Bochum erfüllen und dazu beitragen, mechanisch, chemisch und physikalisch dominierte Hochleistungswerkstoffe zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Zweistrahlrasterelektronenmikroskop mit Plasma-Ionensäule (Plasma-FIB/REM)
• Gerätegruppe: 5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiterin: Professorin Tong Li, Ph.D.