Kryogene Ultrahochvakuum-Transferlösung für Atomsonden-Proben

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467717439

Die Atomsonden-Tomographie (APT) ist eine einzigartige Materialcharakterisierungstechnik, die dreidimensionale (3D) Bildgebung sowie die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung auf atomarer Ebene ermöglicht. Die APT wurde bereits in großem Umfang zur Analyse einiger hochfester Strukturwerkstoffe, Halbleitermaterialien und Oxide eingesetzt. Die Antragstellerin leitet derzeit ihre Gruppe, um die Anwendung der APT auf Katalysatormaterialien wie z. B. Katalysator-Nanopartikel, Elektrokatalysatoren und metallorganische Gerüste zu erweitern, welche für eine nachhaltige Energieumwandlung eine relevante Gruppe von Materialien darstellen. Diese Materialien neigen dazu mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit stark zu reagieren oder enthalten leichte Elemente wie Wasserstoff, die bei Raumtemperatur eine hohe Mobilität aufweisen. Vor der APT-Analyse können diese innovativen Materialien während des Probentransfers unter Umgebungsbedingungen eine starke strukturelle oder elementare Veränderung erfahren, was bei der quantitativen Charakterisierung ihres "nativen" Zustands durch APT eine große Herausforderung darstellt. In diesem Zusammenhang ist es von großer Bedeutung, den Schutz gegen den Einfluss der Umgebungsbedingungen während des Probentransfers zu gewährleisten. Daher wird die Antragstellerin eine "Transferlösung für Atomsonden-Proben" einrichten, die den Transport von Proben zwischen verschiedenen Probenvorbereitungs- und Analyseplattformen unter kryogenen und/oder Ultrahochvakuum (UHV)-Bedingungen ermöglicht. Für die APT-Analyse wird in der Regel ein Zweistrahl-Rasterelektronenmikroskop/Fokussierter Ionenstrahl (REM/FIB) verwendet, um eine nadelförmige Probe aus den Bulk-Materialien zu präparieren. Vor der Probenpräparation muss auf Bulk-Materialien manchmal eine Metallschicht in einem Sputter-Coater abgeschieden werden, die die Oberfläche vor dem energiereichen Ionenstrahl bei der Probenpräparation schützt. Der Transfer von Bulk-Materialien oder APT-Proben zwischen den Geräten setzt diese üblicherweise den Umgebungsbedingungen aus. Daher wird die folgende Ausrüstung benötigt, um den Transport von umweltsensiblen Proben unter kryogenen und/oder UHV-Bedingungen zu ermöglichen: (i) ein kryogener UHV-Transferkoffer, (ii) ein angepasster Handschuhkasten, (iii) spezielle Anpassungen des Transferkoffers an ein vorhandenes FIB/REM, einen Sputter-Coater und eine Atomsonde sowie (iv) ein hochpräzises Potentiostat, mit dem elektrochemische Behandlungen an den umweltsensiblen Materialien in dem Handschuhkasten durchgeführt werden können. Die beantragte "Transferlösung" wird die Charakterisierung von luft- oder thermisch-empfindlichen Materialien in ihrem "nativen" Zustand auf atomarer Ebene ermöglichen. Diese Transferlösung wird nicht nur von der Gruppe der Antragstellerin dringend benötigt, um die APT-Anwendung in den neuen Fachgebieten weiter auszubauen, sondern auch für die gemeinsame interdisziplinäre Materialforschung der Ruhr-Universität Bochum (RUB).

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogene Ultrahochvakuum-Transferlösung für Atomsonden-Proben
• Gerätegruppe: 8540 Tiefgefrieranlagen (flüssiger Stickstoff)
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiterin: Professorin Tong Li, Ph.D.