Rasterkraftmikroskop temperierbar bis 300 ° C mit Flüssigkeitsmesszelle

• Fachliche Zuordnung: Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552804047

Als Ersatz für ein seit 2009 intensiv eingesetztes Gerät wird ein neues kompetitives Rasterkraftmikroskop (AFM) beantragt. Das AFM gehört zur Klasse der Rastersondenmikroskope und ist in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlichster Oberflächen hinsichtlich ihrer Topographie und/oder der Wechselwirkung einer Sonde mit dieser Oberfläche zu charakterisieren. Als Oberflächen sind Grenzflächen zwischen verschiedenen Phasen zu verstehen: fest-flüssig, fest-gasförmig, flüssig-flüssig, flüssig-gasförmig oder gasförmig-flüssig. Neben diversen bildgebenden Modi, wie Kontakt(C)-AFM, Nichtkontakt(NC-)/Tapping-AFM, Phasenkontrast(PC)-AFM oder Lateralkraftmikroskopie (LFM) stehen auch spektroskopische Methoden wie die Kraftspektroskopie zur Verfügung, die es ermöglichen van-der-Waals, elektrostatische, magnetische und Grenzschichtkräfte zu quantifizieren. Die bisherige Forschung unter Nutzung der Rasterkraftmikroskopie soll mit dem beantragten AFM weitergeführt und durch zusätzliche Mess-Modi ausgebaut werden. Es stehen Untersuchungen zur Morphologie von Partikeln und Agglomeraten im Blickpunkt. In Kombination mit weiteren bildgebenden Verfahren, wie optische, Elektronen- und Röntgenmikroskopie ist auch eine multiskalige Beschreibung von Partikeloberflächen möglich. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten sind die Wechselwirkung von Partikeln mit Gas-Flüssigkeitsgrenzflächen, d.h. Partikel-Blase-Interaktionen und die zugehörigen kapillaren Wechselwirkungen, für die Partikelsonden-AFM genutzt wird. Ziel der verfahrenstechnischen Forschung ist immer das Verhalten des Einzelpartikels auf Prozesse der mechanischen Verfahrenstechnik zu übertragen, wie beispielsweise, Zerkleinerung, Beschichtungstechnik, (hochenergetisches) Mischen, Flotation, Filtration oder im Recycling. Das geplante AFM erweitert den bisherigen Messbereich um einen deutlich größeren XY- und Z-Verfahrweg des Piezzo-Aktuators, was es ermöglicht, größere Einzelpartikel und Agglomerate zu vermessen. Ebenso erfordern Messungen mit hohen Reaktionskräften, bspw. von Partikel-Partikel-, Partikel-Blase-, Partikel-Tropfen-Wechselwirkungen einen großen Verfahrweg um hohe Adhäsionskräfte mit einer moderaten Federkonstante des Cantilevers (bzw. des elastischen Gesamtsystems) erfassen zu können. Auch neue Methoden wie Magnetic Force Microscopy oder Kelvin Probe Force-AFM, welche unter anderem für Fragestellungen zur Charakterisierung der Funktionalität von Hetero-Aggregaten eingesetzt werden sollen, werden mit dem beantragten AFM erstmals möglich sein. Die Messungen in Fluiden werden zusätzlich um eine Elektrochemie-Option erweitert, um zum Beispiel Laugungs- oder Oxidationsprozesse und deren Einfluss bspw. auf die Oberflächentopologie bzw. Benetzungseigenschaften untersuchen zu können. Durch eine spezielle Heizzelle wird es erstmals möglich, Partikel-Partikel-Wechselwirkungen bis 275°C zu untersuchen und damit Auswirkungen von Fließ- und Sintermechanismen verfahrenstechnisch zu quantifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop temperierbar bis 300 ° C mit Flüssigkeitsmesszelle
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Universität Bergakademie Freiberg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Urs Peuker