Feldemissionsrasterelektronenmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Feldemissionsrasterelektronenmikroskop (FEREM) ist eines der zentralen Instrumente des Institutes für Materialwissenschaft geworden. Es trägt substanziell zur Mehrheit der Forschungsanträge des Institutes bei, daher sei hier nur auf die wichtigsten Aspekte einer Auswahl von Projekten eingegangen. Das Gerät war und ist ein wichtiger Bestandteil der Forschung innerhalb dreier Sonderforschungsbereiche. Im SFB 677 „Funktion durch Schalten“ wird es in 3 Teilprojekten eingesetzt, beispielsweise im Teilprojekt "Photoschaltbare Adhäsive". In diesem Teilprojekt wurde unter anderem an einer innovativen Kompositgrenzflächen zwischen niedrigenergiepolymeren (PTFE/PDMS) gearbeitet, welche durch eine Keramikfüllung fest miteinander verbunden werden konnten. Die Fähigkeit des speziellen FEREM eine hohe Auflösung auch bei isolierenden Systemen zu erreichen war hier maßgeblich für den Projekterfolg verantwortlich. Eine dazugehörige Publikation in Advanced Materials wurde von der Zeitschrift Nature als Highlight aufgegriffen. Auch im SFB 855 „Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe - biomagnetische Schnittstellen der Zukunft“ wurde das FEREM vielfältig eingesetzt und war die Basis einer Vielzahl von Publikationen. In den Arbeiten eines Teilprojektes wurden hauptsächlich piezoelektrische Zinkoxid und daraus resultierende Kohlenstoffsysteme „Aerographite“ untersucht. Letztere zeigten besonders eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit des Elektronenmikroskops, welches mit über einer Million fachen Vergrößerungen im Routinebetrieb Details des neuen Materials enthüllen konnte, die sonst nur mit Transmissionselektronenmikroskopie möglich wären. Insbesondere durch den vergleichenden Einsatz der „in lens“ Detektoren mit dem externen Sekundärelektronendetektor können Informationen zu Element und Strukturkontrast erhalten werden, was im vorliegenden Projekt den gezielten Aufbau von Ohmschen- und Schottky-Kontakten mit Metallfilmen auf ZnO Piezonadeln ermöglichte. Ebenfalls wurde das Elektronenmikroskop in weiteren Teilprojekten eingesetzt, auch diese Untersuchungen belegten die Fähigkeiten des FEREM nahezu isolierende Proben mit hoher Darstellungsqualität abzubilden. Eine Vielzahl der Arbeiten wird nach dem Auslaufen des SFB „Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe - biomagnetische Schnittstellen der Zukunft“ in weiteren Anträgen weitergeführt. Im Sonderforschungsbereich TR 24, „komplexe Plasmen“ wird in einem Teilprojekt das Verhalten einer Clusterquelle unter verschiedenen Plasmabedingungen erforscht, bei der Ag, Ti, Al und Si Partikelgrößenverteilungen untersucht wurden. Hierbei konnte das Mikroskop durch seine hohe Auflösung viel aufwendigere Transmissionselektronenmikroskopieuntersuchungen ersetzen. Neben den Forschungen in den Sonderforschungsbereichen gab es eine Vielzahl von Einzelprojekten die erheblich von den Möglichkeiten des FEREM profitiert haben. Beispielsweise im Projekt „Differentielle Untersuchungen zur Rolle der Oberflächeneigenschaften und der zellulären Aufnahme von Metalloxiden in ihrer Nanoform für ihre Zytokompatibilität mithilfe synthetisierter Mikro-Nanostrukturen“ werden verschiedene Metalloxidstrukturen charakterisiert und in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum auf ihre zytotoxische Wirkung hin untersucht. Dazu ist die Fähigkeit des FEREM nach sehr kurzer Justage hochaufgelöste Mikrostrukturbilder zu erzeugen von großem Vorteil. Insbesondere durch die optionale Schleuse ist ein hoher Probendurchsatz möglich, der sowohl qualitative als auch quantitative Analysen großer Probenmengen wie sie beispielsweise bei neuen Nanostruturierungs- oder Prozessierungsverfahren anfallen, ermöglicht. Auch für die angewandte Forschung ist das Gerät von großer Bedeutung. Im BMBF-Projekt „AlKaSuSi“ wurden porengeätzte Batterieanoden aus Si untersucht. Zur Zeit scheinen sie weltweit die größte Batteriekapazität für Anoden bei gleichzeitiger hoher Zyklenstabilität (>500) darzustellen. Insbesondere für die kontrollierte Lithiumaufnahme und die Stabilität der freigeätzten Si- Strukturen dieser Anode ist ihre Mikrocharakterisierung von entscheidender Bedeutung, die mit dem FEREM durchgeführt wurde. Auch für zukünftige Entwicklungen wird das Gerät äußerst wichtig sein wie beispielsweise in der Forschergruppe zu memristiven Bauelementen für neuronale Schaltungen. Das Rasterelektronenmikroskop ist das zentrale Mikrocharakterisierungsinstrument geworden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Joining the Un-Joinable: Adhesion Between Low Surface Energy Polymers Using Tetrapodal ZnO Linkers. Advanced Materials, Vol. 24. 2012, Issue 42, pp. 5676-5680.
X. Jin, J. Strueben, L. Heepe, A. Kovalev, Y. K. Mishra, R. Adelung, S. N. Gorb, A. Staubitz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adma.201201780) - Procedures and properties for a direct nano-micro integration
of metal and semiconductor nanowires on Si Chips. Journal of Nanotechnology, Vol. 2012 (2012), Article ID 325732.
D. Gedamu, I. Paulowicz, S. Jebril, Y. Kumar Mishra, R. Adelung
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1155/2012/325732) - Prophylactic, therapeutic and neutralizing effects of zinc oxide
tetrapod structures against herpes simplex virus type-2
infection. Antiviral Research, Vol. 96. 2012, Issue 3, pp. 363-375.
T. E. Antoine, Y. K. Mishra, J. Trigilio, V. Tiwari, R. Adelung & D. Shukla
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2012.09.020) - Tin oxide nanowires suppress herpes simplex virus-1 entry
and cell-to-cell membrane Fusion. PLoS One, Vol. 7. 2012, Issue 10, e48147.
J. Trigilio, T. E. Antoine, I. Paulowicz, Y. K. Mishra, R. Adelung & D. Shukla
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0048147) - A Novel Concept for Self-Reporting Materials: Stress
Sensitive Photoluminescence in ZnO Tetrapod Filled
Elastomers. Advanced Materials, Vol. 25. 2013, Issue 9, pp. 1342-1347.
X. Jin, M. Götz, S. Wille, Y. K. Mishra, R. Adelung & C. Zollfrank
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adma.201203849) - Fabrication of macroscopically flexible and highly porous 3D
semiconductor networks from interpenetrating nanostructures
by a simple flame transport Approach. Particle & Particle Systems Characterization, Vol. 30. 2013, Issue 9, pp. 775-783.
Y. K. Mishra, S. Kaps, A. Schuchardt, I. Paulowicz, X. Jin, D. Gedamu, S. Freitag, M. Claus, S. Wille, A. Kovalev, et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ppsc.201300197) - Formation of self-organized silver nanocup-type structures
and their plasmonic absorption. Plasmonics, Vol. 8. 2013, Issue 2, pp. 811–815.
Y. Mishra, R. Adelung, G. Kumar, M. Elbahri, S. Mohapatra, R. Singhal, A. Tripathi, D. Avasthi
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11468-013-9477-2) - Superposition twinning supported by texture in ZnO
nanospikes. Journal of Applied Crystallography, Vol. 46. 2013, pp. 396-403.
V. Hrkac, L. Kienle, S. Kaps, A. Lotnyk, Y. K. Mishra, U. Schurmann, V. Duppel, B. V. Lotsch, R. Adelung
(Siehe online unter https://doi.org/10.1107/S0021889812051333) - The impact of the discreteness of low-fluence ion beam
processing on the spatial architecture of GaN nanostructures
fabricated by surface charge lithography. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, Vol. 49. 2013, Issue 1, pp. 1–3.
I. Tiginyanu, O. Volciuc, M. Stevens-Kalceff, V. Popa, J. Gutowski, S. Wille, R. Adelung, H. Föll
(Siehe online unter https://doi.org/10.3103/S1068375513010146) - Challenges and Solutions for Joining Polymer Materials.
Macromolecular Rapid Communications, Vol. 35. 2014, Issue 18, pp. 1551-1570.
X. Jin, L. Heepe, J. Strueben, R. Adelung, S. N. Gorb, A. Staubitz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/marc.201400200) - Magnetron Sputtering and Characterization of Doped Zinc
Oxide Nanofibrous Films and Their Applications. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, Vol. 9. 2014, Number 2, pp. 257-264.
O. Lupan, L. Ghimpu, T. Reimer, M. Hoppe, I. Paulowicz, D. Gedamu, Y. Mishra, D. Hammerich, S. Chemnitz, V. Cretu et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1166/jno.2014.1579) - Rapid fabrication technique for interpenetrated ZnO
nanotetrapod networks for fast UV sensors. Advanced Materials, Vol. 26. 2014, Issue 10, pp. 1541-1550.
D. Gedamu, I. Paulowicz, S. Kaps, O. Lupan, S. Wille, G. Haidarschin, Y. K. Mishra, R. Adelung
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adma.201304363) - Versatile fabrication of complex shaped metal oxide nanomicrostructures and their interconnected networks for
multifunctional Applications. KONA Powder and Particle Journal, Vol. 31. 2014, pp. 92-110.
Y. K. Mishra, S. Kaps, A. Schuchardt, I. Paulowicz, X. Jin, D. Gedamu, S. Wille, O. Lupan & R. Adelung
(Siehe online unter https://doi.org/10.14356/kona.2014015) - Three-dimensional Aerographite-GaN hybrid networks: Single
step fabrication of porous and mechanically flexible materials
for multifunctional Applications. Scientific Reports, Vol. 5. 2015, Article number: 8839.
A. Schuchardt, T. Braniste, Y. K. Mishra, M. Deng, M. Mecklenburg, M. A. Stevens-Kalceff, S. Raevschi, K. Schulte, L. Kienle, R. Adelung & I. Tiginyanu,
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1038/srep08839)
