Rasterkraftmikroskop für die Untersuchung von fest-flüssig Grenzflächen

• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497530818

Es wird ein Rasterkraftmikroskop beantragt, das zur hochaufgelösten Abbildung von fest-flüssig Grenzflächen eingesetzt werden soll. Der Schwerpunkt des zu beantragenden Geräts soll dabei die Möglichkeit sein, Messungen unter sehr gut definierten Bedingungen in Hinblick auf die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur durchführen zu können, wobei der zugängliche Bereich möglichst groß sein soll. Mit dem Gerät sollen Fragestellungen untersucht werden, für die wohldefinierte Umgebungsbedingungen essentiell sind. Dies trifft z.B. für alle Projekte zu, in denen pH-abhängige Prozesse an der Calcit-Wasser-Grenzfläche untersucht werden sollen, da der pH-Wert mit dem Partialdruck von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre verbunden ist und über das Carbonatgleichgewicht die Zusammensetzung der Lösung bestimmt. In diesem Zusammenhang soll der Einbau von Bor in Calcit untersucht werden, da der Borgehalt maritimen Calcits als Klimaproxy zur Rekonstruktion des CO2-Partialdrucks der Erdatmosphäre verwendet wird. Im Gegensatz zu Eisbohrkernen, die im besten Fall einen Einblick in die vergangenen 800.000 Jahre ermöglichen, gestattet der Borgehalt maritimen Calcits eine deutlich längere Rückverfolgung. Der genaue Einbaumechanismus ist allerdings unklar und wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Hier kann die direkte Abbildung von Bordefekten unter kontrollierten Bedingungen beitragen, den Einbaumechanismus aufzuklären und damit die Bestimmung des CO2-Partialdrucks zu präzisieren. Für dieses Projekt werden wir ausnutzen, dass Defekte in der Calcitoberfläche atomar abgebildet und an der Veränderung der Hydratationsstruktur identifiziert werden können. Ein weiteres Themenfeld, für das das hier beantragte Rasterkraftmikroskop ideal eingesetzt werden kann, ist die Frage, welche Oberflächen für die Nukleation von Eis besonders geeignet sind. Aufgrund der besonderen Bedeutung für das Erdklima, z.B. wegen der Eisbildung in Wolken und zur Entwicklung von Klimamodellen, wird die Eisnukleation sehr intensiv untersucht. Interessanterweise sind die molekularen Mechanismen der Eisbildung aber weiterhin nur wenig verstanden. So ist unter anderem unklar, warum manche Oberflächen gut als sogenannte Eisbildner wirken und andere nicht. In diesem Kontext ist es interessant, die Hydratationsschichten an der Grenzfläche von guten Eisbildnern mit Wasser mit der Hydratation an der Oberfläche schlechter Eisbildner zu vergleichen. Hierfür werden wir die Möglichkeit nutzen, dass mit dem hier zu beschaffenden Rasterkraftmikroskop nicht nur zweidimensionale Bilder parallel zu Oberfläche abgebildet werden können, sondern ein dreidimensionales Volumen abgetastet werden kann. Dadurch kann die Hydratationsstruktur direkt dargestellt werden, um Rückschlüsse auf Charakteristika guter Eisbildner zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop für die Untersuchung von fest-flüssig Grenzflächen
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Bielefeld
• Leiterin: Professorin Dr. Angelika Kühnle