Neue Instrumente für in-operando-TEM: Plasmamodifikation live

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Kersten; Professor Dr. Lorenz Kienle
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413664940

Das beantragte Projekt zielt auf die Entwicklung innovativer Methoden zur elementaren Aufklärung struktureller und chemischer Veränderungen von Festkörperoberflächen während der Plasmabehandlung (z.B. an der Grenze zwischen Plasma und Festkörper) mittels in operando-Elektronenmikroskopie. Die ex situ-Charakterisierung von Nanostrukturen und Netzwerken, behandelt mit einem externen Niedrigdruckplasma, bildet das Basisexperiment um die hochanspruchsvolle in situ- und in operando-Experimente mittels Athmosphärendruckentladungen innerhalb des Transmissionselektronenmikroskops (TEM) zu etablieren. Zu diesem Zweck wird eine miniaturisierte Plasmazelle zur Anwendung innerhalb des TEM konzipiert. Die zu untersuchenden Materialien für die Oberflächenmodifizierung reichen von keramischen Dünnfilmen (Ni3N, Fe3N) bis hin zu neuartigen porösen Netzwerkstrukturen wie (hybridisierte) ZnO- und SnO2-Netzwerke, Aerographit, Aero-BN und Aero-GaN. Die Präparation der Proben soll an die spezifischen Gegebenheiten der Experimente, d.h. einschließlich der in situ-Kristallisation im TEM, angepasst werden. Die Strukturuntersuchungen umfassen sowohl herkömmliche TEM-Methoden als auch oberflächenempfindliche Elektronenmikroskopie, um auftretende Oberflächenveränderungen an der Grenze zwischen Plasma und Festkörper unmittelbar beobachten zu können.Die miniaturisierte Plasmazelle, die für die in situ- und in operando- Experimente verwendet werden soll, wird so konstruiert und optimiert, dass der Einfluss der wesentlichen Plasmaparameter (Teilchen- und Energieflüsse) studiert werden kann.Das Projekt verbindet in idealer Weise die Kenntnisse und Erfahrungen der beiden Antragsteller hinsichtlich Plasmatechnik / Mikroplasmen auf der einen und Transmissionselektronenmikroskopie, insbesondere auf dem Feld der in situ-Techniken und der chemischen Analyse, auf der anderen Seite. Das angestrebte Ziel des Projektes ist es, die strukturelle Entwicklung am Plasmainterface, wie die Bildung charakteristischer Defekte, Oberflächenumordnung und Wachstum von Nanostrukturen, in operando zu erforschen. Empfindliche Plasmamodifikationen werden außerdem mit modernster Röntgenbeugung überprüft, um damit komplementäre Informationen auf größerer Längenskala bereitzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: TEM-Einfachkipphalter mit 4 elektrischen Durchführungen
• Gerätegruppe: 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope