Nanoskaliges Infrarotspektrometer

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553957315

Es soll ein nanoskaliges Infrarotspektrometer zur gekoppelten spektroskopischen und mikroskopischen Materialuntersuchung im Labor beschafft werden. Es handelt sich dabei um ein Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microcope, AFM) mit dem das topografische Profil einer Probe mit einer Auflösung von wenigen Nanometern abgerastert werden kann. Das AFM ist gekoppelt mit einem Infrarotlaser, bei dem die Absorption bestimmter Wellenlängen ein orts-aufgelöstes chemisches Signal als Infrarotspektrum ermöglichen. Diese gekoppelte Prüfmethode wird in der Fachwelt uneinheitlich als nano-IR, AFM-IR oder PiFM (Photo induced Force Microscopy) bezeichnet. Die nanoskalige Infrarotspektroskopie soll für Materialuntersuchungen von bitumenhaltigen Bindemitteln angewendet werden. Bitumen ist der Klebstoff für Asphalt, dem weltweit wichtigsten Baustoff der Verkehrsinfrastruktur. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Anwendungen von Bitumen wie bspw. für Dachbahnen oder Fugenfüllmassen. Die ortsaufgelöste chemische Analytik soll ein neues Verständnis der komplexen Oberflächenmikrostruktur von bitumenhaltigen Bindemitteln ermöglichen. Dabei werden nicht nur die reinen Bitumenproben sondern auch Mastixproben (Füller-Bitumen-Gemische) und geschliffene bzw. geschnittene Asphaltprobekörper untersucht. Gleichzeitig wird der Einfluss verschiedener Materialeffekte auf die chemische Oberflächenmikrostruktur analysiert: - Einfluss der Alterung (Kurzzeitalterung, Langzeitalterung, Laboralterung), - Einfluss der Bitumenmodifizierung (u. a. Polymere, Haftverbesserer, Regenerationsmittel/Rejuvenatoren, Wachse, Gummi), - Verhalten bei der Wiederverwendung von rückgewonnenem Altbitumen und beim Asphalt-Recycling (u. a. Mischung Frischbindemittel und RC-Bindemittel, Wirkung eines Regenerationsmittels/Rejuvenators), - Einfluss der Temperaturabsenkung von Asphalt, - Bindemittelinteraktion mit mineralischen Bestandteilen (u. a. Adhäsion, Absorption leichter Bitumenbestandteile, Doppelumhüllung). Die Verwendung der nanoskaligen Infrarotspektroskopie liefert eine wesentliche Grundlage für die nachhaltige Weiterentwicklung des Straßenbaustoffs Asphalt (z. B. Einsparung bzw. Vermeidung von Frischbitumen).

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Nanoskaliges Infrarotspektrometer
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Leiter: Dr.-Ing. Johannes Büchner