Rasterkraftmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524570480

Mit diesem Antrag werden Mittel für die Beschaffung eines Rasterkraftmikroskops oder Atomkraftmikroskops (AFM, atomic force microscope) beantragt. Das Gerät soll neben der Untersuchung von Materialkontrasten speziell für die Untersuchung weicher Materialproben sowie für die Untersuchung und lokale Veränderung von Elektrodenoberflächen in Lösung ausgelegt sein. Die Rasterkraftmikroskopie beruht auf Kraftwirkungen zwischen einer mikroskopischen Spitze und der zu untersuchenden Probe. Die Spitze ist am Ende eines Federbalkens (Cantilever) mit Abmessungen im Mikrometerbereich befestigt. Die Kräfte bewirken eine Verformung des Cantilevers, die über einen Lichtzeiger ausgelesen werden. Ein mechanischer Aktuator rastert die Spitze nacheinander zu verschiedenen Positionen auf der Probe. Dabei wird eine Kontrollvariable, z.B. die Ablenkung des Lichtzeigers, durch Höhenveränderung des Scanners konstant gehalten. Die gespeicherten Werte für die notwendige Höhenverstellung werden als Falschfarbendarstellung ausgegeben. Die Möglichkeiten der Methode werden wesentlich erweitert, wenn an jedem Punkt der Kurve eine komplette Kraft-Abstandskurve aufgezeichnet, weitere Messgrößen erfasst und speziell modifizierte Messspitzen Verwendung finden, so dass aus den Daten auf lokale mechanische, elektrische und elektrochemischen Eigenschaften der Probe zurückgeschlossen werden kann. Mit dem zu beschaffenden Gerät sollen Selbstassemblierungsprozesse von organischen Molekülen an Oberflächen untersucht werden. Solche Schichten besitzen eine Bedeutung, um experimentelle Modellsysteme für biologische Membranen aufzubauen, mit denen sich essentielle Lebensvorgänge außerhalb lebender Organismen unter definierten Bedingungen untersuchen lassen. Weiterhin sollen elektrochemisch schaltbare Funktionsschichten in Bezug auf die Schichtbildung und die lokalen elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht werden. Das Gerät wird auch zum Einsatz kommen, um die Bildung von Deckschichten bei lokalen Korrosionsprozessen und an Grenzphasen innerhalb von Batterien aufzuklären. Die vielseitigen Möglichkeiten des Geräts sollen zudem für die Charakterisierung der Oberflächen von komplex zusammengesetzten Nanopartikeln aus Metallen und oxidischen Schichtstrukturen für Katalyse und Energiespeicherung verwendet werden. Dafür ist es wichtig, den Zustand der Probe während des Abbildungsvorgangs elektrisch, elektrochemisch oder optisch schalten zu können. Die Messspitze soll nicht nur als Sonde, sondern in vielfältiger Weise auch als Werkzeug zur Veränderung der Probenoberfläche im Nanometermaßstab zum Einsatz kommen. So kann über hohle Messspitzen eine Reagenzflüssigkeit lokal zugeführt und an der Probe zu Metallstrukturen umgesetzt werden. Ein anderer Ansatz besteht in der nachträglichen Modifikation der Messspitzen um sie als plasmonische Lichtquellen bei lokaler Spektroskopie zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
• Leiter: Professor Dr. Gunther Wittstock