Mikro- und Nanocharakterisierung

Ziel dieses Moduls ist die Entwicklung und der Einsatz von hochmodernen Charakterisierungstools und -verfahren im Mikro- und Nanometerbereich sowie das Vorhalten von erstklassigen mikro-/ nanoskaligen analytischen Messinstrumenten, die intern und extern genutzt werden können.

Die Empa verfügt über eine umfangreiche Sammlung erstklassiger Standard-Analyseinstrumente für den Mikro- und Nanobereich, wobei die Analyse von renommierten Experten durchgeführt wird. Parallel dazu entwickeln mehrere Empa-Labors zusammen mit Partnern aus der Industrie Instrumente und Verfahren zur erstklassigen analytischen Charakterisierung im Nanobereich. Auch für Beratungsangebote und im Rahmen von gemeinsamen Projektvereinbarungen steht umfangreiches Fachwissen zur Verfügung.

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3D-NanoChemiscope: Kombination aus Time of Flight Secondary Ion Massenspektrometer (ToF-SIMS) und Rasterkraftmikroskop. Dieses Instrument hat die einzigartige Fähigkeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Topographie, der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften von nanoskaligen Oberflächenstrukturen.
Die Instrumente und Kompetenzen der Empa lassen sich grob in folgende Kategorien unterteilen:
  • Bulkverfahren: Zu den typischen an der Empa verfügbaren Instrumenten gehören die Röntgentomografie, FEB/FIB-Tomografie, NMR und TEM (STEM, DF, BF, EELS, EDX). Mikro- und nanomechanische Prüfungen (Eindruck, Kratz, Biege und Zug) wie auch magnetische und elektrische Charakterisierungen lassen sich bei spezifisch festgelegten Temperaturen durchführen. Überdies betreibt die Empa ein PPMS. Mithilfe von Atom- und Plasmaspektroskopie (GFAAS, ICP-OES, ICP-MS) kann eine chemische Charakterisierung bis in den ng-Bereich erfolgen.
  • Oberflächenverfahren: Zu den typischen an der Empa verfügbaren Instrumenten gehören ToF-SIMS (in Kombination mit SEM und AFM), XPS, AES, LEED (in Kombination mit STM), RAMAN (mit SERS und TERS), SPM (mit STM/STS, AFM, SFM, SAFM), Nano-XAS, RAIRS, LA-ICPMS, SEM (EBSD, EDX, GIS).
  • Tiefenprofilierungsverfahren: Viele der oben erwähnten Oberflächenverfahren werden mit Methoden zur Tiefenprofilierung kombiniert. Zu den typischen an der Empa verfügbaren Instrumenten gehören hierbei GDOES, GDMS, XPS, AES, ToF-SIMS und die Mikrotomie.
  • Partikelmessverfahren: Die meisten hochauflösenden bildgebenden Verfahren (TEM, Röntgennanotomographie, AFM, Nano-XAS und ToF-SIMS) können zur Messung der Partikelgrösse und zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung verwendet werden. Verfügbar sind mehrere Verfahren für die grössenfraktionierte und chemische Analyse von Nanopartikeln in Aerosolen (SMPS, FMPS, NSAM, CPC, APS, ELPI mit anschliessender Bulkanalyse) und in Flüssigkeiten/Suspensionen (sequentielle Zentrifugierung oder Filtration mit anschliessender Bulkanalyse, FFF-ICP-MS). Das Agglomerationsverhalten von Nanopartikelaerosolen kann in einem neuen Windkanal untersucht werden.
  • Rechnergestützte Materialcharakterisierung: Durch Simulationen können experimentelle Ergebnisse mit den physischen und chemischen Eigenschaften von realistischen Systemmodellen im atomaren Bereich verknüpft werden. Auf diese Weise können Design und Analyse von neuen Materialien «in silico» anhand ihrer Eigenschaften erfolgen, was die Konzeption künftiger Experimente erleichtern wird.