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Feldemissionsmikrosonde: Immer eine Größenordnung kleiner

07.10.2019 | Planet research | FoE Advanced Materials Science | Forschungsinfrastruktur | Newsletter research monthly spezial

Von Birgit Baustädter

Wenn Elektronenmikroskope bei der chemischen Analytik an ihre Grenzen stoßen, kommt die Feldemissionsmikrosonde zum Einsatz. Denn: Bei ihr geht es immer eine Größenordnung kleiner.

In der NAWI Graz Core Facility Feldemissionsmikrosonde werden Materialproben quantitativ untersucht. © Baustädter – TU Graz

Das hauchdünne Blättchen schwarzen Steins glänzt wie ein flachgedrückter Edelstein. Eingesperrt in einen silbernen Probenbehälter, liegt es auf einem sauberen Tablett und wartet darauf, in die große Maschine auf der gegenüberliegenden Seite des Labors geschoben zu werden. Bei der großen Maschine handelt es sich um eine Feldemissionsmikrosonde, bei der Materialprobe um ein Stück Beton. So schön kann etwas Alltägliches sein, wenn man es mit Diamantpulver geschliffen und mit Kohlenstoff bedampft hat.

Der Sinn dahinter liegt naturgemäß nicht in der Ästhetik, wie Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz erklärt: „Unsere Proben müssen genau präpariert werden, damit wir sie anschließend exakt untersuchen können.“ Exakt geschliffen werden die Proben, damit die Oberfläche korrekt gemessen werden kann. Die Bedampfung mit Kohlenstoff sorgt schließlich dafür, dass die Proben oberflächlich elektrisch leitfähig sind und im Elektronenstrahlmikroskop untersucht werden können.
Bei der Feldemissionsmikrosonde kann aber noch mehr als eine herkömmliche Elektronenstrahlmikrosonde. „Wir können damit immer noch eine Größenordnung kleiner gehen“, schmunzelt Christoph Hauzenberger vom Institut für Erdwissenschaften, der von Seiten der Uni Graz das Labor leitet.

eine Hand hält einen silbernen Probenbehälter auf dem ein Blatt Beton liegt.

So schön kann Beton sein - wenn er für die Untersuchung in der Feldemissionsmikrosonde präpariert ist.

Darf es ein bisserl kleiner sein?

Wenn „normale“ Mikrosonden oder Rasterelektronenmikroskope an ihre Grenzen stoßen, kommt die Feldemissionsmikrosonde an die Reihe. „Wir können mit unserem Gerät mehr Auflösung bieten und ermöglichen chemisch vollquantitative Untersuchungen“, erklärt Hauzenberger. Es können damit einerseits eine Vielzahl an Elementen genau bestimmt werden, die in der Probe vorhanden sind. Zum anderen kann eine ganze Probe vermessen und quasi eine „Landkarte der Elemente“ erstellt werden, die die Intensität der Vorkommen dargestellt. „Es ist ganz einfach: Was heller aufscheint, davon gibt es mehr“, erklärt Mittermayr.

Der TU Graz-Forscher demonstriert, wie das Gerät arbeitet: Im ersten Schritt präpariert er die Betonprobe und schleust sie anschließend ins Hochvakuum der Maschine ein. Ein Hochvakuum unterscheidet sich von einem normalen Vakuum dadurch, dass es noch zwei Schritte „luftleerer“ ist – also über 10 hoch minus 8 statt 10 hoch minus 4 Bar verfügt. Eine Elektronenquelle emittiert Elektronen, die durch elektromagnetische Linsen gebündelt auf die Probe treffen. Je nachdem, wie die Elektronen mit der Probe interagieren – ob sie aus der Probe geschlagen werden oder zum Beispiel von ihr zurückgestrahlen – lassen sich Aussagen über die Zusammensetzung des Materials treffen. „Unser Gerät besitzt fünf wellenlängendispersive Spektrometer, mit denen wir eine große Bandbreite an Elementen gleichzeitig messen können“, erklärt Mittermayr. Er beforscht mit der Feldemissionsmikrosonde in erster Linie Baustoffe, die am Institut für spezielle Einsatzzwecke im Tunnelbau oder für Abwassersysteme entwickelt wurden.

Neue Forschungsfragen sind willkommen

Die Feldemissionsmikrosonde wird derzeit hauptsächlich von den NAWI Graz-Partnerinstituten an der TU Graz und der Uni Graz genutzt. Das Labor steht aber auch externen Forschenden offen und kann für diverse Kooperations-Projekte oder Auftragsmessungen angefragt werden.

Zwei Männer sitzen an einem großen Computerbildschirm auf dem mehrere bunte Flecken zu sehen sind. Ein weiterer Mann steht hinter einem großen weißen Gerät mit vielen Zylindern und Schläuchen.

Information

Die NAWI Graz Core Facility Feldemissionsmikrosonde ist eine Infrastruktur der Universitätskooperation NAWI Graz und wird von Martin Dietzel von der TU Graz gemeinsam mit Christoph Hauzenberger von der Uni Graz geleitet. Angesiedelt ist das Labor am Universitätsplatz 2 in Graz.

Kontakt

Florian MITTERMAYR
Mag.rer.nat. Dr.rer.nat.
Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie mit angeschlossener TVFA für Festigkeits- und Materialprüfung
Inffeldgasse 24
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7159
f.mittermayrnoSpam@tugraz.at